Agli inizi degli anni Sessanta, i biologi molecolari sono riusciti a «decrittare» il codice genetico. Il problema in cui erano impegnati li lasciava perplessi: come è possibile scrivere 20 «parole» con un alfabeto di sole quattro «lettere»? Ovvero, come fanno le quattro basi (A, U, G, C) a specificare 20 diversi amminoacidi? Una possibilità era un codice a triplette, basato su codoni di tre lettere.

Disponendo di sole quattro lettere (A, U, G, C), chiaramente un codice a una sola lettera poteva codificare in modo non ambiguo soltanto quattro amminoacidi, e non 20. Un codice a due lettere ne avrebbe codificati 4 x 4 = 16, ancora troppo pochi. Ma un codice a triplette avrebbe potuto render conto di 4 x 4 x 4 = 64 codoni, più che sufficienti per 20 amminoacidi.

Il primo passo: Nirenberg e Matthaei

Il primo passo verso la decodificazione è stato compiuto nel 1961 dai biochimici Marshall W. Nirenberg e J. Heinrich Matthaei, quando capirono che come messaggero potevano usare un semplice polinucleotide artificiale invece che un mRNA naturale, ben più complesso; riuscirono quindi a identificare il polipeptide codificato da tale messaggero artificiale.

I due ricercatori prepararono un mRNA artificiale in cui tutte le basi erano costituite dall’uracile (un mRNA sintetico detto, appunto, poli U). Aggiungendo un poli U in una provetta contenente gli ingredienti necessari alla sintesi proteica, si formò una catena polipeptidica tutta composta da un solo tipo di amminoacido: la fenilalanina.

Dunque un poli U codificava la fenilalanina; di conseguenza, UUU era la parola in codice – il codone – per specificare la fenilalanina (▶figura).

Sulla scia di questo successo, Nirenberg e Matthaei dimostrarono ben presto che CCC codifica la prolina e AAA codifica la lisina (poli G presentava qualche problema dal punto di vista chimico e inizialmente non fu preso in esame). UUU, CCC e AAA erano tre codoni fra i più facili; per venire a capo degli altri fu necessario modificare l’approccio sperimentale.

Che cosa significa un singolo codone?

In seguito, altri scienziati hanno scoperto che era possibile legare a un ribosoma semplici mRNA artificiali lunghi tre sole basi (ciascuno equivalente a un codone) e che il complesso risultante induceva la formazione di un legame fra il tRNA corrispondente e il suo amminoacido specifico. Così, per esempio, un semplice UUU faceva legare al ribosoma il tRNA che trasportava la fenilalanina.

Dopo questa scoperta è stato relativamente semplice decifrare l’intero codice genetico. Per scoprire l’amminoacido rappresentato da un certo codone, Nirenberg ha ripetuto il suo esperimento usando un campione di mRNA artificiale con quel codone e ha osservato quale amminoacido si andava a legare.