Intrecciando biologia molecolare, embriologia e genetica, il biologo del Carnegie Institute for Science (Stati Uniti) ha creato le basi per lo sviluppo dell’ingegneria genetica
Isolare e manipolare i geni, nell’era di CRISPR e della terapia genica, può sembrare quasi scontato, ma negli anni ’60 era utopia. È stato possibile purificare e chiarire la struttura e i meccanismi di regolazione dei singoli geni grazie all’attività di ricerca di Donald D. Brown: è, infatti, il pioniere dell’isolamento genico in provetta, tecnica rivoluzionaria che ha portato alla comprensione della funzione dei singoli geni e alla documentazione delle fasi di sviluppo embrionale. Fondamentale nella ricerca, questo metodo innovativo – seguito anche da altre scoperte – ha aperto la strada alle più recenti applicazioni nell’ambito dell’ingegneria genetica e della biologia dello sviluppo. Deceduto lo scorso 31 maggio all’età di 91 anni, è stato un mentore per generazioni di biologi e il suo lavoro ha modellato la biologia moderna.
Sia Science che Nature hanno scritto un necrologio sulla vita e la carriera scientifica di Brown: il suo inestimabile contributo ha portato alla comprensione della genetica e della biologia dello sviluppo da un punto di vista meramente osservativo – ad esempio la documentazione delle fasi di sviluppo – ad un punto di vista interventistico, con la manipolazione dei geni per studiarne la funzione. Al Dipartimento di Embriologia del Carnegie Institution of Science (Washington) la sua carriera è stata un'esplosione di metodi innovativi e di intuizioni critiche su come i geni permettono lo sviluppo dell'organismo a partire da una cellula uovo fecondata per costruire diversi tessuti e organi. I risultati del suo lavoro di ricerca sono derivati dalla manipolazione dei geni in organismi modello, come i moscerini della frutta, il nematode C. elegans e i topi.
Nato il 30 dicembre 1931 in Ohio, Donald Brown ha conseguito un dottorato e un master in biochimica presso l'Università di Chicago nel 1956. Dopo un anno di tirocinio, ha trascorso due anni come borsista del National Institutes of Health (NIH) con il neuroscienziato Seymour Kety e poi è stato post-Doc con il biochimico Jacques Monod all'Istituto Pasteur di Parigi. Si è quindi trasferito al Dipartimento di Embriologia del Carnegie Institution of Science (Washington), dove ha iniziato a chiedersi come si sviluppano gli embrioni dal punto di vista molecolare. Vi rimase per il resto della sua carriera, diventando direttore del dipartimento nel 1976, fino al 1994, e ritirandosi con lo status di emerito nel 2005.
Il processo di sintesi proteica, con la scoperta del nucleolo e dei ribosomi, è stato il suo primo lavoro come borsista, che ha poi condotto allo studio dei geni in generale. Il lavoro iniziale di Brown ha portato all'avvento del DNA ricombinante, quando è stato possibile modificare direttamente i geni degli organismi. Affascinato da come si sviluppano gli embrioni, Brown decise di concentrarsi sul ruolo del DNA nello sviluppo e, a Parigi, studiò la regolazione genica nei batteri e, in particolare, gli operoni. Arrivato alla Carnegie, decise di esplorare le basi molecolari dello sviluppo embrionale, utilizzando un l’anfibio modello Xenopus laevis. In questo modo approfondì le fasi dell’espressione genica - dalla replicazione del DNA alla sintesi delle proteine nei ribosomi, passando per l’RNA – e diede una spiegazione all’amplificazione genica, un fenomeno per cui una cellula può moltiplicare un gruppo di geni e produrre molte più copie di DNA.
Come raccontato su Science, il ruolo dell'RNA come prodotto diretto dei geni era stato riconosciuto di recente e Brown decise di analizzare la sintesi di RNA negli embrioni di rana. Insieme a John Gurdon - biologo britannico e Premio Nobel per la Medicina nel 2012, insieme a Shinya Yamanaka, per la scoperta che le cellule mature possono essere riprogrammate per diventare pluripotenti - scoprì che un mutante di rana privo di nucleoli non produceva nessuno dei principali RNA ribosomiali (rRNA), indicando che i nucleoli erano il normale sito di produzione degli rRNA. Chiedendosi perché gli ovociti di rana contenessero molti più nucleoli rispetto alle cellule somatiche di rana, Brown e Igor Dawid dimostrarono che il numero di geni rDNA aumentava notevolmente ("amplificato") durante l'oogenesi per sostenere la massiccia produzione di ribosomi necessaria per ogni ovocita, una scoperta fatta indipendentemente anche da Joseph Gall.
La regolazione genetica è stato un punto forte dei suoi studi e, grazie al perfezionamento della tecnica di isolamento genico, riuscì a purificare un gene, dando il via alle clonazioni dei singoli segmenti di DNA e all’approfondimento delle loro funzioni e di come viene controllata la loro attività. Da questi studi sono poi stati scritti i capitoli sui fattori di trascrizione e, successivamente, sull’editing genomico.
Come descritto sul sito del Carnegie Institute for Science, Brown è stato membro della National Academy of Sciences e dell'American Academy of Arts and Sciences. Tra i suoi numerosi riconoscimenti professionali, ha ricevuto il premio Louisa Gross Horwitz dalla Columbia University, il premio E.B. Wilson dall’American Society of Cell Biology e un premio alla carriera dalla Society for Developmental Biology. Se oggi sappiamo come funzionano i geni e siamo in grado di manipolarli in laboratorio è anche grazie alle ricerche fatte da Donald D. Brown: senza il suo contributo probabilmente non esisterebbero le terapie avanzate.
