PONTECORVO, Guido Pellegrino Arrigo
PONTECORVO, Guido Pellegrino Arrigo
PONTECORVO, Guido Pellegrino Arrigo. – Nacque a Pisa, il 29 novembre 1907, primo di otto figli di una famiglia ebrea prominente ma poco praticante. Il padre Massimo era titolare con i fratelli di una delle maggiori industrie tessili italiane, ma Guido e i fratelli Bruno (fisico) e Gillo (regista cinematografico) non seguirono le orme familiari. La madre, Maria Maroni, era figlia di Arrigo, primario dell’ospedale Fatebenefratelli di Milano
Completati gli studi classici nel 1924, Pontecorvo s’iscrisse al Regio Istituto superiore agrario di Pisa, la cui cattedra di agraria era all’epoca occupata da Enrico Avanzi. Già collaboratore di Nazareno Strampelli, Avanzi trasmise al giovane allievo i rudimenti dell’allora nuovissima scienza genetica applicata all’agricoltura. In quegli anni, Pontecorvo frequentò intensamente il gruppo di studenti di fisica radunatisi intorno a Enrico Fermi, con i quali condivideva la passione per lo sci e la montagna.
Laureatosi nel 1928, prestò per due anni servizio militare in cavalleria, per poi seguire il maestro all’Istituto agrario di San Michele all’Adige, in provincia di Trento. L’esperienza atesina fu di breve durata: alla fine del 1930, Pontecorvo tornò in Toscana come direttore della sezione di allevamento animale dell’Ispettorato compartimentale per l’agricoltura di Firenze. Qui diresse un programma di selezione delle razze bovine locali, un impegno principalmente applicativo che offriva però ampia opportunità per studi di carattere fondamentale. Nel 1937 intraprese una spedizione presso i maggiori centri di allevamento europei, incluso l’Istituto di genetica animale di Edimburgo, dove strinse amicizia con il genetista, militare e politico scozzese Alick Buchanan-Smith.
All’inizio del 1938, al ritorno dal suo viaggio, Pontecorvo fu avvertito dal provveditore del suo imminente licenziamento a causa delle leggi razziali di prossima approvazione. Fece in tempo ad assicurarsi un contratto in un centro di allevamento bovino in Perù, che sarebbe però iniziato solo nel 1939. Ansioso di sottrarsi al clima ostile in patria, accettò l’offerta di Buchanan-Smith, e si recò a Edimburgo con una borsa di studio della Society for the protection of science and learning (SPSL). Intendeva passare un anno in Gran Bretagna, per studiare il miglioramento delle razze bovine, per poi raggiungere il Sudamerica. A causa del deterioramento della situazione politica europea, il contratto peruviano fu cancellato e Pontecorvo si trovò bloccato in Scozia. La foresteria universitaria, dove alloggiò per due anni, ospitava all’epoca un altro esule, Hermann J. Muller, il genetista americano in fuga dall’Unione Sovietica dopo l’ascesa di Trofim D. Lysenko. Muller, già celebre per i suoi studi sulle mutazioni indotte dai raggi X in Drosophila, che gli sarebbero valsi il premio Nobel nel 1946, convinse il giovane collega ad abbandonare i bovini per il moscerino della frutta e la genetica. Fra il 1938 e il 1940, intorno a Muller si era aggregato un ‘gruppo di rifugiati’ che comprendeva il fisico Max Born, i coniugi Edgar ed Ellen Stedman, biochimici, Pontecorvo medesimo e Charlotte Auerbach (Pontecorvo, 1984, p. 5).
Collante del gruppo era l’interesse per la natura chimica del materiale genetico e per il suo modo d’azione, due questioni che la genetica formale di Morgan aveva volutamente tralasciato. Negli anni Venti, Muller aveva criticato l’idea del gene come unità discreta di replicazione, mutazione e funzione; proponeva che queste tre proprietà appartenessero a livelli diversi di organizzazione del cromosoma. Un’analisi genetica fine, basata sull’induzione di mutazioni tramite raggi X, avrebbe consentito di verificare, per esempio, se le frazioni di cromosoma che subivano mutazioni o ricombinazioni fossero esattamente le stesse che determinavano la funzione specifica attribuita a un gene. Recenti scoperte (come il cosiddetto pseudoallelismo) mettevano in dubbio questa equivalenza.
Pontecorvo decise presto di abbracciare la caccia al materiale genetico, la cui natura era all’epoca del tutto oscura. Ottenne una borsa di dottorato sotto la supervisione di Muller, collaborando con lui allo studio delle mutazioni indotte e dei loro effetti in ricombinazioni interspecifiche in Drosophila.
L’entrata in guerra dell’Italia, nel giugno 1940, comportò per Pontecorvo alcuni mesi d’internamento come enemy alien sull’isola di Man. Al suo rilascio, nel gennaio 1941, Muller era ripartito per gli Stati Uniti e Pontecorvo terminò la tesi nel dipartimento di zoologia dell’Università di Glasgow. Dopo due anni di ricerca sulla genetica di drosofila e dei pidocchi, nel 1943 intraprese una ricerca sulla genetica del fungo Penicillium notatum, all’interno del progetto anglo-americano di produzione industriale della pennicillina. Questo brusco cambiamento rivela una caratteristica tipica dell’approccio di Pontecorvo. Ancora una volta, egli conciliava un orientamento pratico alla ricerca (selezione di mutanti più adeguati alla produzione della pennicillina), con un occhio attento alle questioni fondamentali. Dai primi anni Quaranta l’estensione dell’analisi genetica ai microorganismi (funghi, batteri, in seguito virus) stava aprendo nuove prospettive allo studio della natura e dell’azione del materiale genetico.
Negli Stati Uniti, George Beadle e collaboratori avevano dimostrato che nelle colonie del fungo Neurospora crassa si potevano selezionare (o indurre) mutanti ‘metabolici’, incapaci di crescere in una coltura standard, ma bisognosi ognuno di uno specifico metabolita aggiuntivo. Su queste basi, Beadle aveva stabilito un legame fra la mutazione di un singolo gene e la capacità o meno del fungo di produrre un metabolita essenziale alla propria crescita. Questi risultati indicavano una via nuova: Neurospora, come altri funghi, presenta infatti un doppio ciclo riproduttivo, sessuato e asessuato, in cui si verificano tutti i possibili fenomeni d’interesse genetico (mitosi e meiosi, ricombinazione, segregazione, aploidizzazione e aneuploidizzazione). Il tasso di riproduzione elevatissimo consentiva inoltre di individuare mutazioni e ricombinazioni anche molto rare, e quindi di costruire mappe geniche più dettagliate.
Pontecorvo intuì che sarebbe stata la genetica dei microorganismi a fornire la soluzione al problema mulleriano della struttura del materiale genetico. Per tale motivo perseverò nel lavoro sui funghi anche dopo l’interruzione del programma di produzione della pennicillina, spostato negli USA per motivi di finanziamento e sicurezza.
Lavorando su diverse specie di Penicillium e altri Ascomiceti (Aspergillus niger, Aspergillus nidulans), il cui ciclo riproduttivo era principalmente asessuato, con rarissimi casi di riproduzione sessuata, Pontecorvo dimostrò come questi organismi potessero rappresentare un perfetto modello per la genetica di popolazioni (Pontecorvo - Gemmell 1944a, 1944b).
Selezionando mutanti metabolici diversi, distinguibili in base al colore della colonia o ai requisiti nutrizionali, e incrociandone le colture a coppie, si poteva osservare la competizione delle diverse colonie mutanti per le risorse, le loro interazioni reciproche e con l’ambiente. Di particolare utilità si dimostrò il fenomeno della cosiddetta eterocariosi, cioè la compresenza in una singola cellula di più nuclei aploidi. Questo permetteva l’analisi genetica della dominanza anche in assenza di ricombinazione sessuale, grazie ai fenomeni di trasferimento cromosomico che avvenivano fra cellule della stessa colonia, ma anche fra diverse colonie mutanti.
Pontecorvo era convinto che lo studio dell’eterocariosi, insieme a quello della ricombinazione sessuale, avrebbe finalmente permesso di aumentare drasticamente il potere di risoluzione dell’analisi genetica, cioè la possibilità di individuare mutazioni rarissime.
Nel 1945, Pontecorvo fu nominato lecturer nel dipartimento di genetica dell’Università di Glasgow, dipartimento di cui era anche direttore e unico membro. Fra il 1945 e il 1968 costruì un programma di ricerca sulla genetica del fungo Aspergillus nidulans, un ascomicete omotallico, cioè privo di differenziazione sessuale. Questa condizione avrebbe sconsigliato l’uso di Aspergillus nidulans, poiché complica l’analisi genetica, basata sull’incrocio e la segregazione di caratteri di progenitori noti. I fenomeni di eterocariosi, tuttavia, ovviavano a questo limite, e il fungo presentava vantaggi sperimentali (rapidità di crescita, mutabilità, riconoscibilità dei mutanti) tali da renderlo uno strumento credibile per l’analisi genetica del materiale ereditario e l’esplorazione delle sue proprietà fisiologiche (Pontecorvo et al., 1953). Aspergillus non mantenne le promesse. Nel 1952, Pontecorvo pubblicò un importante articolo speculativo, Genetic formulation of gene structure and gene action (Pontecorvo, 1952), nel quale, utilizzando i risultati ottenuti su Aspergillus nidulans, in particolare quelli sull’effetto di posizione di differenti alleli, mise in discussione, seguendo Muller, l’identità fra il gene inteso come unità di mutazione e il gene inteso invece come unità di funzione.
Il gene ‘fisiologico’, secondo i calcoli derivanti dagli studi, risultava assai più esteso del gene ‘mutante’, così che diversi siti mutageni potevano rientrare nei confini di quello che fisiologicamente agiva come un singolo gene. L’aumento del potere di risoluzione dell’analisi sembrava fare giustizia del vecchio concetto dei geni come corpuscoli discreti, in favore di un’idea dei geni «come processi, come funzioni, non come edifici atomici» (Pontecorvo, 1952, p. 134). Ispirato da questo testo, Sydney Brenner applicò il medesimo approccio (incrocio e ricombinazione di colonie mutanti) al complesso virus/batterio, ottenendo una mappatura genetica finissima proprio di quell’‘edificio atomico’ che il mulleriano Pontecorvo aveva negato, un edificio reso ancor più solido dalla definizione della struttura molecolare del DNA da parte di James Watson e Francis Crick (Holmes, 2000).
Sebbene le scoperte rivoluzionarie sulla natura e l’azione del gene fossero venute da altri laboratori e altri modelli (il batteriofago, il virus mosaico del tabacco e Neurospora), il lavoro di Pontecorvo su Aspergillus portò sviluppi importanti, soprattutto la scoperta del ciclo parasessuale di riproduzione nei funghi. Pontecorvo e collaboratori registrarono l’occorrenza di fenomeni molto rari, ma significativi, che a un’attenta analisi si mostrarono collegati in un ciclo riproduttivo coerente. Si trattava di fusioni spontanee fra nuclei aploidi, che davano origine a diploidi stabili, i quali in seguito attraversavano una o diverse fasi mitotiche (in cui era possibile osservare fenomeni di ricombinazione), oppure segregavano meioticamente. Un altro fenomeno collegato era l’ordinata perdita di cromosomi che si verificava in alcune cellule diploidi, fino a che raggiungevano di nuovo lo stadio aploide. Tutti questi elementi costituivano un ciclo ordinato di riproduzione di cellule somatiche, la cui presenza fu presto riscontrata in altre specie di funghi (Pontecorvo et al., 1953; Pontecorvo, 1959a). Il ciclo parasessuale di Aspergillus servì come modello per i successivi studi sulle relazioni fra parassita e ospite, e per la ricerca agraria sulle pratiche di innesto. Come Pontecorvo prontamente riconobbe (Pontecorvo, 1956), il ciclo parasessuale era d’interesse tanto per il microbiologo puro quanto per quello industriale, poiché rappresentava uno strumento di selezione in più nelle mani del ricercatore.
Il dipartimento di genetica di Glasgow divenne in quel periodo un punto di riferimento internazionale, e la sua popolazione crebbe esponenzialmente. Questo permise a Pontecorvo di associare alla linea di ricerca sulla genetica di Aspergillus una nuova impresa, da lui stesso definita senile: la genetica umana tramite coltura di cellule somatiche.
Il modello di riproduzione parasessuale di Aspergillus, infatti, sembrava consentire l’aggiramento di un blocco insuperabile per la genetica umana: la lunga durata e scarsa produttività della riproduzione sessuale. Ricercando, o provocando, fenomeni analoghi alla riproduzione parasessuale in colture di cellule somatiche (in cui occasionali fusioni di nuclei o trasmigrazioni di cromosomi erano state osservate), si sarebbe forse aperto uno squarcio sui meccanismi di azione e regolazione genica, soprattutto su quelli alla base della differenziazione cellulare (Pontecorvo, 1959b). Pontecorvo era convinto che in questi fenomeni si potessero riscontrare dinamiche cromosomiche (più che geniche) analoghe a quelle osservate nel fungo.
Il lavoro sulla genetica umana iniziò a Glasgow nel 1956 e corse parallelo a quello su Aspergillus fino al 1968, quando Pontecorvo si trasferì all’Imperial cancer research fund, a Londra, unico membro di un’unità di genetica cellulare. Qui, lontano dagli obblighi amministrativi, che detestava, si dedicò esclusivamente alla ricerca sugli ibridi somatici in coltura, osservando l’effetto dei raggi X sulla perdita di cromosomi, introducendo in genetica animale l’uso del glicole polietilenico per facilitare la fusione cellulare, ricercando e catalogando possibili marcatori genetici affidabili. Nonostante lo sforzo, il sistema di Pontecorvo non funzionò; solo dalla fine degli anni Sessanta la genetica di cellule somatiche umane iniziò a consolidarsi, grazie a risultati ottenuti in vari laboratori, che portarono alla mappatura di più di 500 mutanti autosomali nei successivi quindici anni. Nel 1984, poteva comunque vantare a buon diritto di aver contribuito a trasformare la genetica umana da ‘Cenerentola delle scienze’ a ‘frontiera della ricerca’ (Pontecorvo, 1984).
Pontecorvo non abbandonò mai l’Imperial cancer research fund. Anche dopo la pensione, nel 1975, vi restò infatti associato in diverse forme, prima con il beneficio di un laboratorio personale e successivamente come consulente e ispiratore di ricercatori giovani e vecchi nella biblioteca dell’Istituto.
Morì il 24 settembre 1999, all’età di 91 anni, in seguito a una caduta nel corso di una passeggiata sulle Alpi svizzere, dove possedeva uno chalet in cui passava tutte le estati.
Dal 1935, Pontecorvo fu sposato a Leni Freyenmuth. La loro unione fu interrotta solo dalla morte di lei, nel 1986. Ebbero una figlia, Lisa.
Pontecorvo fu eletto membro della Royal Society di Londra nel 1955, e di molte altre accademie nel mondo. Cittadino britannico dal 1947, ‘Ponte’ (come era noto fra colleghi e studenti) ebbe un rapporto complicato con entrambe le sue patrie. In un’intervista concessa verso la fine della sua vita, dichiarò di sentirsi pisano più che italiano e scozzese più che britannico, e fu molto lusingato dal nomignolo Crawbrigg (traduzione scozzese del suo cognome), affibbiatogli da John Burdon Sanderson Haldane. I suoi studenti a Glasgow lo omaggiarono di uno stemma araldico, raffigurante un corvo in kilt che balla su un muro, in riferimento al suo talento nei balli tradizionali scozzesi.
Opere citate. Genetic proof of heterocaryosis in Penicillium notatum, in Nature, 1944a, 154, pp. 514-515 (con A.R. Gemmell); Colonies of Penicillium notatum and other moulds as models for the study of Population Genetics, ibid. (1944b), pp. 532-534 (con A.R. Gemmell); Genetic systems based on heterocaryosis, in Cold Spring Harbor Symposia for quantitative biology, 1946, 11, pp. 193-201; Genetic formulation of gene structure and gene action, in Advances in enzymology and related areas of molecular biology, 1952, 13, pp. 121-149; The genetics of Aspergillus nidulans, in Advances in genetics, 1953, 5, pp. 141-238 (con J.A. Roper et al.); The parasexual cycle in fungi, in Annual Reviews in microbiology, 1956, 10, 1, pp. 393-400; Trends in genetic analysis, New York 1959a; Panel discussion, in CIBA Foundation Symposium on the biochemistry of human genetics, a cura di G.E.W. Wolstenholme - C.M. O’Connor, London 1959b, pp. 279–285; Reminiscences on genetics. The Jean Weigle Memorial Lecture, CalTech, 7 May 1984, dattiloscritto, disponibile all’indirizzo http:// wellcomelibrary.org/player/ b19870541#?asi=0&ai=0 (17 ottobre 2015).
Fonti e Bibl.: L’archivio personale di Pontecorvo è conservato presso l’archivio dell’Università di Glasgow, http://www.gla.ac.uk/ services/archives/ collections/university/medicine/ genetics/ (17 ottobre 2015). È in parte anche accessibile on-line sul sito Codebreakers: The Makers of Modern Genetics della Wellcome Digital Library, http://wellcomelibrary. org/collections/ digital-collections/makers-of-modern-genetics/ digitised-archives/guido-pontecorvo/ (17 ottobre 2015). Corrispondenza di Pontecorvo è disponibile on-line dall’archivio del Cold Spring Harbor Laboratory, http://libgallery.cshl.edu/items/ browse?search= Pontecorvo (17 ottobre 2015). Interviste rilasciate da Pontecorvo sono conservate all’Imperial War Museum, http://www.iwm.org. uk/collections/item/object/ 80004465 (17 ottobre 2015).
E.A. Carlson, The gene: a critical history, Philadelphia - London 1966, capp. 18, 21; G.P., Hermann J. Muller, in Biographical Memoirs of Fellows of the Royal Society, 1968, 14, pp. 375-390; Aspergillus: 50 years on, a cura di S. Martinelli - J. R. Kinghorn, Amsterdam 1994, pp. I-XXV; G. Corbellini, Le grammatiche del vivente, Roma-Bari 1999, capp. 1-3; B.L. Cohen, G. P. (‘Ponte’), 1907-1999, in Genetics, 2000, 154, 2, pp. 497-501; F.L. Holmes, The concept of the gene in development and evolution: Seymour Benzer and the definition of the gene, in The concept of the gene in development and evolution, a cura di P. Beurton - R. Falk - H.-J. Rheinberger, Cambridge 2000, pp. 118-157; O. Siddiqi, G. P., 29 November 1907-25 September 1999, in Biographical Memoirs of Fellows of the Royal Society, 2002, 48, pp. 375-390; B.L. Cohen, G. P. (‘Ponte’): a centenary memoir, in Genetics, 2007, 177, 3, pp. 1439-1444.