Werner Arber - Presidente - Pontifical Academy of Sciences

Werner Arber - Presidente
Data di nascita 3 giugno 1929
Luogo Gränichen (Svizzera)
Nomina 12 maggio 1981 (Presidente della PAS dal 20 dicembre
2010)
Disciplina Microbiologia
Titolo Professore, Premio Nobel in Fisiologia o Medicina, 1978
Principali premi, riconoscimenti e accademie
Premi: Premio Nobel in Fisiologia o Medicina (1978). Accademie: European Molecular Biology Organization
(1964); European Academy of Arts, Sciences and Humanities (1981); Membro straniero, National Academy
of Sciences, USA (1984); Membro straniero onorario, American Academy of Arts and Sciences (1984);
Academia Europaea (1989); Membro, American Academy of Microbiology (1996); Membro associato, Third
World Academy of Sciences (TWAS) (1997); Presidente dell’International Council of Scientific Unions (ICSU)
(1996-99).
Riassunto dell’attività scientifica
I principali interessi scientifici di W. Arber sono i meccanismi che promuovono e limitano le variazioni spontanee
delle informazioni genetiche nei microorganismi. Nella sua tesi di dottorato ha spiegato che derivati rari e
spontanei del virus batterico λ hanno parte del DNA virale sostituito da un segmento dal cromosoma del
batterio ospite. Il concetto di questi virus trasducenti ibridi è servito successivamente ad altri come modello per
progettare i vettori di clonazione nella tecnologia del DNA ricombinante. Agli inizi del 1960 W. Arber ha esplorato
le basi molecolari della modifica dei virus batterici controllata dall’ospite. Ciò ha portato alla scoperta che questo
fenomeno agisce a livello del DNA. Enzimi specifici, ora conosciuti come endonucleasi di restrizione, servono
in molti ceppi batterici per riconoscere il DNA estraneo al suo ingresso per poi disattivarlo tramite scissione.
Un DNA metilasi associato protegge il DNA cellulare dall’endonucleasi di restrizione. I sistemi di restrizione e
modificazione perciò rappresentano barriere che limitano lo scambio di materiale genetico tra microorganismi
diversi, migliorando quindi la stabilità genetica. Subito dopo essere stati isolati gli enzimi di restrizione hanno
dimostrato di essere strumenti estremamente utili per gli studi di genetica molecolare, dal momento che attuano
una frammentazione specifica dei filamenti lunghi del DNA, un requisito indispensabile per un’analisi strutturale
e funzionale dettagliata. W. Arber inoltre ha studiato approfonditamente i processi diretti dagli enzimi nella
riorganizzazione strutturale del materiale genetico, in particolare la trasposizione e la ricombinazione sitespecific. Questi processi portano alla ricombinazione di DNA non omologo e possono perciò dar luogo a nuove
funzioni geniche tramite la fusione di segmenti di DNA precedentemente indipendenti. Rappresentano parte
dei meccanismi responsabili per la mutagenesi spontanea e sono agenti importanti nell’evoluzione verticale e
orizzontale. Sulla base della sua vasta esperienza e tenendo conto delle conoscenze accumulate negli ultimi
cinquant’anni sui meccanismi molecolari della mutagenesi e di diversi tipi di ricombinazione delle informazioni
genetiche, in particolare dei microorganismi, W. Arber ha postulato una teoria dell’evoluzione molecolare
secondo la quale i prodotti dei geni evolutivi contenuti nel genoma sono implicati o nella generazione o
nella limitazione della variazione genetica, senza, tuttavia, implicare una direzione specifica dell’evoluzione
biologica. Piuttosto, il corso dell’evoluzione biologica risulta dall’azione casuale dei prodotti dei geni evolutivi
sul DNA, dalla flessibilità conformazionale delle strutture delle molecole biologicamente attive e dalla natura
prevalentemente stocastica di ogni interazione che influenza la stabilità genetica, e da influenze ambientali
casuali, in base a cui la selezione naturale esercitata in maniera costante limita la diversità secondo l’idoneità
temporale degli organismi coinvolti. In breve, una moltitudine di meccanismi molecolari specifici contribuisce
alla variazione genetica spontanea nel suo complesso. Questi meccanismi specifici possono essere classificati
secondo tre strategie naturali principali di variazione genetica, vale a dire piccoli cambiamenti locali nelle
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sequenze del nucleotide, il riordinamento intragenomico dei segmenti di DNA e l’acquisizione di un segmento
di DNA estraneo tramite trasferimento genico orizzontale. Queste strategie differiscono nella qualità dei
loro contributi alla variazione genetica e quindi all’evoluzione biologica. Il postulato che i prodotti dei geni
evolutivi specifici insieme alle proprietà intrinseche della materia siano all’origine della variazione genetica
che determina l’evoluzione biologica ha interessanti implicazioni filosofiche. La natura si occupa attivamente
dell’evoluzione biologica. La giustapposizione dei geni evolutivi e dei geni più classici che agiscono per il
beneficio delle vite individuali implica una dualità intrinseca del genoma. Questi aspetti sono stati discussi da
W. Arber in alcune delle sue pubblicazioni più recenti, insieme alla rilevanza delle conoscenze acquisite sulla
variazione genetica spontanea per la valutazione dei rischi congetturali dell’ingegneria genetica.
Pubblicazioni principali
Arber, W., Kellenberger, G. and Weigle, J.J., The defectiveness of lambda transducing phage, Papers on
bacterial genetics selected by E.A. Adelberg, Little, Brown and Co., Boston-Toronto, pp. 224-229 (1960); Arber,
W. and Dussoix, D., Host specificity of DNA produced by Escherichia coli. 1. Host controlled modification of
bacteriophage lambda, J. Mol. Biol., 5, pp. 18-36 (1962); Dussoix, D. and Arber, W., Host specificity of DNA
produced by Escherichia coli. 2. Control over acceptance of DNA from infecting phage lambda, J. Mol. Biol., 5,
pp. 37-49 (1962); Arber, W. and Linn, S., DNA modification and restriction, Ann. Rev. Biochem., 38, pp. 467-500
(1969); Smith, J.D., Arber, W. and Kuehnlein, U., Host specificity of DNA produced by Escherichia coli. 14.
The role of nucleotide methylation in in vivo B-specific modification, J. Mol. Biol., 63, pp. 1-8 (1972); Arber, W.,
Iida, S., Juette, H., Caspers, P., Meyer, J. and Haenni, C., Rearrangements of genetic material in Escherichia
coli as observed on the bacteriophage Pl plasmid, Cold Spring Harbor Symp. Quant. Biol., 43, pp. 1197-1208
(1978); Arber, W., Promotion and limitation of genetic exchange, Science, 205, pp. 361-365 (1979); Iida, S.,
Meyer, J. and Arber, W., Genesis and natural history of IS-mediated transposons, Cold Spring Harbor Symp.
Quant. Biol., 45, pp. 27-37 (1981); Iida, S., Meyer, J. and Arber, W., Prokaryotic IS elements, Mobile genetic
elements (J.A. Shapiro, ed.), Academic Press, Inc., New York, pp. 159-221 (1983); Arber, W., Elements in
microbial evolution, J. Mol. Evol., 33, pp. 4-12 (1991); Arber, W., Evolution of prokaryotic genomes, Gene, 135,
pp. 49-56 (1993); Arber, W., Naas, T. and Blot, M., Generation of genetic diversity by DNA rearrangements in
resting bacteria, FEMS Microbiol. Evol., 15, pp. 5-14 (1994); Arber, W., The generation of variation in bacterial
genomes, J. Mol. Evol., 40, pp. 7-12 (1995); Arber, W., Involvement of gene products in bacterial evolution,
Molecular strategies in biological evolution (L.H. Caporale, ed.), Annals New York Academy of Sciences, vol.
870, pp. 36-44 (1999); Arber, W., Genetic variation: molecular mechanisms and impact on microbial evolution,
FEMS Microbiol. Rev., 24, pp. 1-7 (2000); Arber, W., Evolution of prokaryotic genomes, Pathogenicity islands
and the evolution of pathogenic microbes (J. Hacker and J.B. Kaper, eds.), Curr. Top. Microbiol. Immunol.,
Vol. 264/I, pp. 1-14 (2002); Arber, W., Molecular evolution: comparison of natural and engineered variations,
Pontif. Acad. Sci. Scr. Varia, 103, pp. 90-101 (2002); Arber, W., Cultural aspects of the theory of molecular
evolution, Pontif. Acad. Sci. Scr. Varia, 105, pp. 45-58 (2003); Arber, W., Elements for a theory of molecular
evolution, Gene, 317, pp. 3-11 (2003); Arber, W., The impact of science and technology on the civilization.
Biotech. Adv. 27, pp. 940-944 (2009).
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