Siamo abituati a pensare alla sintesi del DNA come a un processo guidato da uno stampo. Di solito lo stampo è un altro filamento di DNA, come accade durante la duplicazione del genoma. In altri casi, però, può essere un RNA: è quello che fanno le trascrittasi inverse, enzimi capaci di produrre DNA a partire da una molecola di RNA. In entrambi i casi, l’idea di fondo è la stessa: un acido nucleico viene letto e usato per costruire un filamento complementare.

Uno studio pubblicato su Science aggiunge però una variante inattesa a questo quadro. Un gruppo di ricerca della Stanford University ha descritto un sistema batterico, chiamato DRT3, capace di produrre DNA ripetitivo a doppio filamento. Una delle due catene viene sintetizzata con un meccanismo più riconoscibile, usando un piccolo RNA come stampo. L’altra, invece, viene prodotta senza un normale stampo di DNA o RNA: a guidare l’inserimento delle basi è la struttura stessa della proteina.

Che cos’è una trascrittasi inversa

Per capire perché il risultato è interessante bisogna partire dal nome degli enzimi coinvolti. DRT sta per defense-associated reverse transcriptase, cioè trascrittasi inversa associata alla difesa. Una trascrittasi inversa è un enzima capace di sintetizzare DNA a partire da RNA.

Si chiama “inversa” perché compie una reazione opposta rispetto alla trascrizione più nota. Nelle cellule, la trascrizione è il processo con cui l’informazione contenuta nel DNA viene copiata in una molecola di RNA; questo RNA può poi servire, per esempio, alla produzione di una proteina o svolgere altre funzioni cellulari. In questo caso, invece, un RNA può essere usato come stampo per produrre DNA. Le trascrittasi inverse sono note soprattutto per il loro ruolo nei retrovirus, come HIV, ma non appartengono solo ai virus. Negli ultimi anni sono emerse molte trascrittasi inverse batteriche coinvolte in sistemi di difesa contro i fagi, cioè i virus che infettano i batteri.

Il sistema DRT3 appartiene a questa famiglia. È formato da due trascrittasi inverse, Drt3a e Drt3b, e da un piccolo RNA non codificante. Non codificante significa che non contiene istruzioni per produrre una proteina: in questo caso contribuisce alla formazione e al funzionamento del complesso.

Uno stampo di RNA e uno stampo di proteina

Il primo enzima, Drt3a, usa un breve motivo presente nell’RNA non codificante, ACACAC, come stampo. A partire da quel tratto produce una catena di DNA complementare, formata dalla ripetizione GTGTGT…. Questa parte è insolita nel contesto dei sistemi anti-fago, ma non rompe la logica generale della sintesi guidata da uno stampo: c’è un RNA, l’enzima lo legge, e costruisce DNA complementare.

La sorpresa riguarda Drt3b. Questo secondo enzima produce la catena complementare, ACACAC…, senza leggere un filamento di DNA o RNA. Alcuni residui amminoacidici nel sito attivo della proteina interagiscono con il DNA nascente e favoriscono l’alternanza corretta tra A e C. In questo senso la proteina non fa solo da catalizzatore della reazione, ma contribuisce anche a stabilire quale sequenza venga prodotta.

Nessun dogma infranto, ma una variante inattesa

Come ha osservato Anna Meldolesi su CRISPeR Mania, c’è un dettaglio importante da considerare: il prodotto di Drt3b è, insomma, molto semplice: una sequenza ripetitiva di due basi, AC, che si appaia alla sequenza GT prodotta da Drt3a. Non siamo davanti a un sistema generale che trasforma l’informazione proteica in informazione genetica: parlare di “dogma infranto” è un po’ esagerato.

Il risultato mostra però che, in condizioni molto specifiche, la forma di una proteina e le interazioni chimiche nel suo sito attivo possono guidare la sintesi di una sequenza di DNA ordinata, anche in assenza di un normale stampo nucleotidico. È la forma stessa dell’enzima a funzionare come una sorta di stampo, anche se in un caso molto vincolato e specializzato.

Ma che cosa fa il DNA sintetizzato da DRT3? Gli esperimenti mostrano che il sistema difende i batteri dai fagi e che entrambe le trascrittasi inverse sono necessarie. Se una delle due viene inattivata, il sistema perde la capacità di protezione. Questo suggerisce che il DNA ripetitivo GT/AC, o almeno il processo che lo produce, sia importante per la difesa. Il meccanismo, però, non è ancora stato chiarito. Gli autori hanno identificato una proteina del fago T1, chiamata ST61, che sembra funzionare da innesco del sistema, ma non hanno ancora dimostrato in che modo il DNA ripetitivo interferisca con l’infezione.

Una possibilità proposta dagli autori è che le sequenze ripetitive GT/AC formino strutture capaci di sequestrare componenti del fago, per esempio proteine che legano il DNA. In questo scenario il DNA prodotto da DRT3 funzionerebbe come una specie di spugna molecolare: non un gene, non un messaggio genetico, ma un prodotto effettore capace di disturbare l’infezione. Per ora, però, questa resta un’ipotesi plausibile, non una conclusione definitiva.

Batteri, fagi ed evoluzione molecolare

Gli autori hanno identificato omologhi di DRT3 in almeno 20 phyla batterici e osservano che gli alberi evolutivi delle due proteine, Drt3a e Drt3b, sono in larga parte congruenti: un indizio di coevoluzione tra le due componenti del sistema.

Anche il prodotto finale sembra conservato. La sequenza ripetitiva GT/AC appare legata alla conservazione sia del motivo di RNA usato da Drt3a sia dei residui di Drt3b che guidano l’inserimento delle basi. Sembra chiaro l’investimento evolutivo in due polimerasi specializzate per produrre due filamenti complementari.

Nei batteri, la pressione esercitata dai fagi ha favorito sistemi di difesa molto diversi tra loro; CRISPR è l’esempio più famoso, ma non è l’unico. Tra questi, ora sappiamo che c’è anche una macchina molecolare capace di costruire DNA ripetitivo con l’aiuto diretto della forma di una proteina. Resta da capire quale sia il ruolo preciso di quel DNA nella difesa.

Come ricorda Meldolesi, i batteri “continuano a stupirci con i loro armamentari molecolari”.

Una nuova eccezione nella guerra tra virus e batteri

DRT3 aggiunge un tassello a questa storia. Non cambia il fatto che, nella biologia che conosciamo, la trasmissione dell’informazione genetica dipenda in larga parte dagli acidi nucleici e dalla complementarità tra basi. Mostra però che l’evoluzione può sfruttare anche meccanismi più laterali: in questo caso, una proteina batterica che si comporta in parte come uno stampo rigido per produrre una breve sequenza ripetitiva di DNA.

Più che un ribaltamento dei libri di testo, è una eccezione istruttiva.

Riferimenti

Pujuan Deng, Hyunbin Lee, Carlo Armijo, Haoqing Wang, Alex Gao, Protein-templated synthesis of dinucleotide repeat DNA by an antiphage reverse transcriptase, Science, 2026. DOI: 10.1126/science.aed1656.

Anna Meldolesi, Il DNA senza stampo e nessun dogma infranto, CRISPeR Mania, 2026. https://crispr.blog/2026/04/20/il-dna-senza-stampo-e-nessun-dogma-infranto/

Immagine in apertura: generata con IA