Otto lettere anziché quattro: un enzima batterico legge il DNA sintetico

Tutta la vita sulla Terra scrive la propria informazione genetica con le stesse quattro lettere chimiche: A, T, C e G. Da decenni la biologia sintetica si chiede se quell’alfabeto possa essere ampliato senza inceppare il macchinario cellulare che lo legge. Il sistema hachimoji, sviluppato nel laboratorio di Steven Benner, aggiunge due coppie di lettere artificiali, P:Z e B:S, progettate in modo che si inseriscano nella doppia elica con la stessa forma delle coppie naturali. Restava da capire se gli enzimi che trascrivono i geni dentro le cellule fossero disposti ad accettarle.

Uno studio pubblicato il 2 settembre 2026 su Nature Communications da Qingrong Li, Dong Wang e colleghi dimostra che è così. Utilizzando l’RNA polimerasi di Escherichia coli — l’enzima che copia il DNA in RNA — gli autori hanno osservato che legge tutte e otto le lettere e sceglie ogni volta il partner corretto, senza confondere fra loro le due coppie artificiali. Le lettere sintetiche vengono copiate quasi alla stessa velocità di quelle naturali, all’incirca alla metà della velocità di una normale coppia G:C, e l’enzima prosegue poi regolarmente la trascrizione. Quattro immagini di crio-microscopia elettronica, a una risoluzione quasi atomica (fra 2,42 e 2,75 ångström), ne mostrano il motivo: nel sito attivo dell’enzima le coppie artificiali appaiono e si comportano come quelle ordinarie.

Il risultato più interessante riguarda l’accuratezza. Una delle lettere artificiali, la Z, porta un gruppo chimico che le fa perdere un protone al pH di una cellula vivente e, in quella forma modificata, assomiglia alla C abbastanza da appaiarsi per errore con la G. Sostituendo quel gruppo con un altro l’errore quasi scompare, ma l’enzima rallenta, perché proprio quel gruppo tiene ferma una singola molecola d’acqua che aiuta l’enzima a richiudersi attorno alla lettera in arrivo. Accuratezza e velocità, insomma, dipendono dallo stesso piccolo dettaglio chimico.

È tuttavia opportuna qualche cautela. Il lavoro è stato svolto in provetta, su enzimi purificati e brevi frammenti di DNA anziché in batteri vivi, e i saggi erano concepiti per provocare errori, sicché la frequenza reale di errore è probabilmente più bassa. Inoltre, la traduzione di un RNA a otto lettere in proteine non è ancora stata ottenuta. Ciò nonostante, molecole di DNA a sei lettere sono già state costruite per trasportare farmaci alle cellule del tumore del fegato, ed estendere la stessa chimica all’RNA potrebbe dare origine a nuovi sensori, strumenti diagnostici e oligonucleotidi terapeutici. La prossima domanda da rispondere è se una cellula vivente tollererà l’alfabeto ampliato.