Prof. Alfredo Coppa: “Le nuove tecnologie di sequenziamento del genoma stanno rivoluzionando la paleogenetica, permettendo di analizzare molti più campioni in maniera dettagliata”
È recentemente tornato sulla Terra il razzo Artemis II, che aprirà la strada a future missioni in cui l’uomo potrebbe tornare a mettere piede sulla Luna; ma mentre l’umanità ricomincia a fantasticare di viaggi nell’universo, un gruppo di studiosi è reduce da alcune esplorazioni nel passato. Questi scienziati non hanno fatto uso di vettori e navicelle spaziali ma di una ‘macchina del tempo’ insieme semplice e complessa: il DNA. Fra questi esploratori c’è il professor Alfredo Coppa, dell’Università Sapienza di Roma, autore di numerose ricerche sulle popolazioni intorno a Roma e tra i maggiori esperti nazionali e internazionali nel campo della paleogenetica, una disciplina nuova ma in rapida crescita, anche in termini di popolarità.
IL DNA ANTICO CONSERVATO NELLE MUMMIE E NEGLI ANTICHI REPERTI BIOLOGICI
Lo studio del DNA trova differenti declinazioni: dalla diagnosi di una malattia (genetica medica) alla valutazione della risposta ai farmaci nei singoli individui (farmacogenetica), sino all’indagine di reperti biologici per risalire agli autori di un delitto (genetica forense). Tuttavia, il DNA non è solo una traccia ‘attuale’, ma è una sostanza che può conservarsi a lungo - nelle giuste condizioni fino a svariate migliaia di anni - e può essere utilizzata come un ‘binocolo’ per scrutare nel passato.
“La paleogenetica è un campo di ricerca che analizza e ricostruisce il passato a partire dall’esame di materiale genetico ottenuto dai resti di antichi organismi”, spiega il prof. Coppa, del Dipartimento di Storia, Antropologia, Religioni ed Arte presso la Sapienza di Roma. “L’esplosione tecnologica e i miglioramenti nelle tecniche di sequenziamento del DNA hanno innescato un’autentica rivoluzione nell’analisi dei genomi, sia moderni che antichi”. A conferma di come passato e presente si intreccino perfettamente nelle volute della famosa doppia elica del DNA c’è l’assegnazione, nel 2022, del Premio Nobel per la Medicina a Svante Pääbo, biologo e genetista svedese, autore di scoperte essenziali riguardanti i genomi degli ominidi estinti e, più in generale, l’evoluzione umana; Pääbo fu il primo a completare la ricostruzione del genoma dell’uomo di Neanderthal e ha partecipato a numerose ricerche per definirne la parentela con altri gruppi etnici.
Ma di fronte a malattie come la sclerosi laterale amiotrofica (SLA), l’Alzheimer, le distrofie muscolari o i tumori, contro cui ancora non si riesce a trovare una cura, perché guardare al passato? A cosa giova investire nello studio delle popolazioni neanderthaliane, ormai estinte? In un quadro politico internazionale fragile come quello odierno c’è chi si chiede che senso abbia spendere milioni di dollari per tornare sulla Luna e chi non comprende quale riflesso abbia sul presente il DNA antico, contenuto in ossa dei nostri antenati di migliaia di anni fa. La risposta è nell’evoluzione, il motore biologico che guida l’avvicendamento delle varie specie animali sulla Terra e in cui si possono trovare risposte fondamentali su chi siamo e come siamo fatti. Ma per guardare nel turbine imperfetto dell’evoluzione servono i giusti strumenti.
NUOVE TECNOLOGIE E IMPENSABILI SCOPERTE
“Circa una decina di anni fa, Ron Pinhasi ha messo a punto una brillante tecnica di estrazione del DNA antico, recuperandolo da una porzione dell’osso temporale, la cosiddetta rocca petrosa, un sito ad alta densità ossea dove il materiale genetico è protetto dall’azione del tempo e presente in elevate concentrazioni. Questa tecnica ha permesso di disporre di significative quantità di DNA da analizzare, riducendo i riscontri negativi precedentemente ottenuti da vari campioni”, precisa Coppa. “Contemporaneamente, lo sviluppo di tecniche di sequenziamento di nuova generazione (NGS) ha abbassato i costi di analisi. Ciò ha fatto sì che nello scorso decennio il numero di pubblicazioni scientifiche nel campo della paleogenetica sia incrementato in maniera esponenziale”.
Nel 2019, sulla rivista Science, Alfredo Coppa, insieme ad un gruppo internazionale di biologi, ha pubblicato un articolo sul popolamento delle regioni dell’Asia centrale e meridionale, sequenziando più di 500 genomi, una quantità enorme rispetto alle ricerche precedenti. “Prima di allora i risultati delle analisi venivano collocati in un quadro di riferimento costruito con frammenti di DNA attuale”, prosegue Coppa. “Ciò significa che i genomi antichi venivano correlati solo a quelli di popolazioni moderne, abbastanza omogenee. Ma ciò determina un errore. Grazie ai DNA antichi è stato possibile creare quadri di riferimento specifici per gruppi di popolazioni antiche ed è cambiato completamente il nostro modo di vedere la realtà”. Infatti, ogni risultato deve essere posto nel suo scenario originale per restituire un’informazione attendibile e la tecnologia nel campo della genetica ha permesso tutto ciò: così, nel giro di pochi anni sono stati raccolti e resi pubblici dati su popolazioni antiche di varie parti del mondo, dal Sud-America all’Asia occidentale.
“Nel passato, le analisi di paleogenetica venivano eseguite sul DNA mitocondriale”, ricorda Coppa. “Ma questo DNA, come pure quello del cromosoma Y, è monoparentale. Il DNA mitocondriale viene infatti trasmesso solo dalla madre, mentre quello del cromosoma Y, ovviamente, solo dal padre. Entrambi sono stati utili per seguire le storie genetiche delle femmine o dei maschi, ma l’organizzazione delle società antiche non era sempre lineare e ci occorreva uno strumento per operare a livello di popolazione. Con le nuove tecniche siamo oggi in grado di allargare il ventaglio di analisi e raggiungere un maggior grado di variabilità, ricostruendo rapporti di parentela anche fino al quindicesimo grado. Ciò è però possibile accedendo una grande quantità di campioni biologici”. Un’affermazione che rievoca il lavoro di genetisti come Nancy Wexler o Giuseppe Novelli che, per individuare l’origine di determinate malattie, si sono trasformati in ‘cacciatori di geni’, sequenziando il DNA di decine di pazienti. Per leggere i geni non basta dunque la tecnologia più avanzata, serve un massiccio quantitativo di sequenze da confrontare.
I SEGRETI DELLE NECROPOLI ITALIANE E LO STUDIO DELLE POPOLAZIONI DELL’ANTICA ROMA
Alfredo Coppa e i suoi collaboratori stanno conducendo un progetto di ampio respiro, incentrato sull’analisi del DNA di oltre 120 necropoli di tutta l’Italia a partire dall’età del Ferro. “All’interno delle singole necropoli ricostruiamo i rapporti di parentela tra gli individui e siamo addirittura in grado di stabilire se questi fossero o meno imparentati con individui i cui resti sono stati scoperti in altre comunità coeve di Svizzera, Francia e Nord-Africa”. Tutto grazie all’analisi del DNA antico contenuto nella rocca petrosa e in altri resti (soprattutto ossa lunghe e denti, ma anche falangi delle mani e dei piedi): è un DNA ad alta definizione, costituito da frammenti lunghi, che consente un’analisi approfondita persino delle condizioni di salute di alcuni scheletri, come quelli ritrovati nella grotta del Romito, su cui è stata effettuata la più antica diagnosi su base molecolare.
All’inizio del nuovo millennio la tecnologia non permetteva l’analisi di DNA più vecchi di alcune decine di migliaia di anni, ma oggi le potenzialità sono cresciute e i limiti di questi studi vanno ricercati nelle condizioni che influenzano la preservazione del materiale genetico. “I neanderthaliani sono stati oggetto di tante ricerche anche per il fatto che sono vissuti in un periodo estremamente freddo, ed è noto che le basse temperature conservano il DNA meglio delle alte”, aggiunge l’esperto romano. “Conta anche il livello di umidità. Ci sono aree del mondo in cui le condizioni tafonomiche [la tafonomia è la branca della paleontologia che studia il processo che porta alla fossilizzazione di un organismo, N.d.R.] fanno sì che il DNA si degradi maggiormente rispetto ad altre”.
In questa chiave, la ricerca sulle popolazioni anticamente vissute intorno a Roma ha messo in luce l’ampia varietà genetica al momento della fondazione della capitale dell’impero romano e nei millenni precedenti, confermando come da sempre Roma fosse un crocevia di migrazioni e viaggi da ogni angolo del mondo. “È uno studio unico perché fin dall’inizio avevamo previsto un numero di campioni elevatissimo, e non tutti i laboratori possono sostenere uno sforzo del genere”, spiega Coppa. “I risultati preliminari sono stati strabilianti e hanno delineato un quadro di diversità e inclusione unico, ricostruendo i flussi migratori e integrando le informazioni genetiche con quelle archeologiche”. Condotto insieme ai colleghi delle Università di Stanford e Vienna, il lavoro è stato pubblicato sulla rivista Science - che gli ha dedicato la copertina - e concorre a definire i mutamenti che interessarono gli abitanti di Roma e delle aree vicine negli ultimi 12mila anni, dal Paleolitico superiore all’Era Moderna.
DALLE NOSTRE ORIGINI GIUNGONO SCOPERTE SUL PRESENTE
Quello della paleogenetica è un lavoro affascinante, che consente di aprire uno squarcio nel passato e conoscere aspetti di noi finora rimasti inaccessibili. Proprio come ha fatto la genetista Eveline Heyer che, nel suo libro L’Odissea dei Geni (Neri Pozza, 2021), ricostruisce l’evoluzione dei popoli della terra a partire dal DNA di singoli gruppi di individui. Un’operazione mai fine a sé stessa e che serve a rispondere a domande urgenti sulla biologia della nostra specie, a capire perché alcune popolazioni siano più resistenti o sensibili di altre a specifiche malattie, a soppesare l’influenza dell’ambiente sullo sviluppo di certe mutazioni genetiche e ad individuare le basi per trovare soluzioni a malattie rare dall’origine remota.
“Per svolgere queste ricerche servono ingenti finanziamenti e laboratori ben attrezzati, ma soprattutto occorre creare solide relazioni con colleghi antropologi ed archeologi”, conclude Coppa. “Genetica e archeologia non sono universi separati ma collegati e tra loro comunicanti”. Far proseguire questo dialogo è quindi la chiave per apprendere di più sul nostro presente.
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