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Il DNA al microscopio elettronico grazie ad uno studio dell’IIT e dell’Università della Magna Grecia

La doppia elica del DNA per la prima volta in un'immagine al microscopio elettronico grazie ad una tecnica inventata da un gruppo di ricercatori dei dipartimenti di Nanostrutture e Nanochimica dell’Istituto Italiano di Tecnologia (IIT), in collaborazione con l’Università della Magna Grecia di Catanzaro. Coordinati da Enzo Di Fabrizio, i ricercatori hanno sviluppato un metodo che permette di distendere filamenti di DNA in tutta la loro struttura a doppia elica, senza danneggiarli, sopra una particolare superficie di silicio e di acquisirne l’immagine attraverso un microscopio elettronico a trasmissione. I risultati sono stati pubblicati dalla rivista internazionale Nanoletters con il titolo “Direct Imaging of DNA Fibers: The Visage of Double Helix”.

Lo studio diretto di singole molecole, o di piccoli quantitativi di molecole - afferma l'IIT – è importante per comprendere a livello della nanoscala importanti meccanismi biologici. La nuova tecnica permetterà di vedere in che modo le proteine, l’RNA e le altre biomolecole interagiscono con il DNA.

"La nostra ricerca muove dalla consapevolezza che per approfondire la conoscenza del funzionamento del DNA, è ormai necessario disporre di nuovi strumenti che ci permettano di svelarne in modo diretto la struttura e le funzioni, sia nella parte codificante che in quella non codificante" spiega Enzo Di Fabrizio, coordinatore della ricerca e direttore del Dipartimento di Nanostrutture di IIT. I ricercatori hanno realizzato un dispositivo costituito da una superficie di silicio da cui "si innalzano micro-colonne disposte in modo regolare e alternate a buchi; le micro-colonne conferiscono al dispositivo la caratteristica di super-idrofobicità, mentre i buchi consentono agli elettroni che attraversano il campione di arrivare al rilevatore del microscopio in modo indisturbato, cioè senza interagire anche con la superficie di silicio".

L’intero esperimento richiede una procedura molto complessa: racchiudere i filamenti di DNA in una goccia di soluzione; appoggiare la goccia sul dispositivo che, grazie alle micro colonne, la sosterrà nella sua forma lasciando intatto il filamento al suo interno; fare evaporare lentamente la soluzione e attivare il microscopio elettronico. In particolare, durante l’evaporazione i movimenti convettivi interni alla goccia stendono i filamenti di DNA, disponendoli sulle micro-colonne; al termine dell’evaporazione il DNA risulta quindi sospeso nel vuoto e pronto per essere irradiato dai fasci elettronici del microscopio. Il risultato – spiegano sempre all'Istituto di tecnologia – è stato ottenuto per filamenti costituiti da sei molecole avvolte attorno ad una settima che funge da nucleo. Nel prossimo futuro, lo sviluppo di rivelatori più sensibili di 10-100 volte degli attuali, consentirà di vedere singole e doppie eliche di DNA, e di studiare direttamente sia i fenomeni epigenetici che le informazioni contenute nei tratti non codificanti.

Il primo autore dello studio è Francesco Gentile, ricercatore dell'Università della Magna Grecia. Gentile ha lavorato sulla messa a punto del "processo litografico multiplo" utile a "realizzare la superficie idrofobica". In base al suo lavoro, e grazie alla sua affiliazione con IIT, i ricercatori di IIT hanno potuto realizzare materialmente il dispositivo e sviluppare l’intero esperimento. In particolare Gentile fa parte del laboratorio BIONEM- Bio-Nanotechnology and Engineering for Medicine, presso il Dipartimento di Medicina Sperimentale e Clinica dell’Università della Magna Grecia a Catanzaro. Il laboratorio è stato fondato da Enzo Di Fabrizio nel 2005 e si dedica allo studio della biofisica nanometrica applicata allo studio di patologie quali il tumore. Un'altra tappa importante di un ateneo "di frontiera", grazie alla collaborazione con l'istituto che si rifà al MIT e al quale, senza troppo clamore, è affidata una fetta importante delle (poche) risorse pubbliche per la ricerca.  

L’Istituto Italiano di Tecnologia (IIT) è una Fondazione di diritto privato istituita congiuntamente dal Ministero dell'Istruzione, dell'Università e della Ricerca e dal Ministero dell'Economia e Finanze, con l'obiettivo di promuovere l'eccellenza nella ricerca di base e in quella applicata e di favorire lo sviluppo del sistema economico nazionale. Lo staff complessivo di IIT conta 1087 persone. L’area scientifica è rappresentata dall’86% del personale. Il 41% dei ricercatori proviene dall’estero: per il 24% stranieri da 38 Paesi e per il 17% italiani rientrati. La produzione di IIT vanta più di 2000 pubblicazioni e 91 invenzioni che hanno originato 145 brevetti, di cui 71 italiani e 74 internazionali.