Creati batteri con un genoma artificiale

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genoma artificiale
(Foto: Steve Gschmeissner/Getty Images)

Il batterio Escherichia coli ha un genoma nuovo. O meglio, completamente artificiale. A riuscire nell’impresa sono stati i ricercatori dell’Università di Cambridge, che sulle pagine di Nature, hanno raccontato di aver creato organismi (forse vere e proprie forme di vita nuove) con un genoma artificiale. Un importante passo in avanti nella biologia sintetica e per lo sviluppo di nuove e potenziali farmaci e materiali.

Come raccontano i ricercatori, i batteri appena prodotti nei loro laboratori sono molto simili ai loro parenti naturali, ma riescono a sopravvivere con un codice genetico molto più limitato. Per riuscirci, il team ha per prima cosa analizzato il dna di Escherichia coli (E coli), lo ha poi modificato, riuscendo infine a creare un nuovo genoma artificiale. Questo, raccontato i ricercatori, contiene 4 milioni di coppie di basi, ovvero le unità del codice genetico indicate con le lettere G, A, T e C (guanina, adenina, timina e citosina), rendendolo il più grande che la scienza abbia mai costruito.

Il dna all’interno di una cellula, precisano i ricercatori, contiene tutte le istruzioni necessarie per funzionare. Per esempio, quando la cellula ha bisogno di proteine per crescere riesce a leggere il dna che codifica per la proteina giusta: le lettere del dna che vengono lette a gruppi di tre sono chiamate codoni, come per esempio TCG e TCA. Quasi tutta la vita sulla terra utilizza 64 codoni, di cui 61 formano 20 amminoacidi, i mattoni delle proteine. Mentre i rimanenti tre fungono da segnali di stop, ovvero avvertono la cellula quando la proteina è pronta.

In questo studio, il team ha deciso di alterare il genoma di E. coli, diminuendo il numero dei suoi codoni. In altre parole, i ricercatori hanno analizzato il dna del batterio e ogni volta che incontravano, per esempio, un codone TCG, che produce un amminoacido chiamato serina, lo hanno sostituito con un codone AGC, che produce lo stesso amminoacido (precisiamo che la serina viene prodotta da 6 diversi codoni). Hanno, poi, sostituito con lo stesso meccanismo altri codoni, per un totale di ben 18mila modifiche. Il codice genetico appena modificato (di 61 codoni totali, di cui 59 per sintetizzare i 20 amminoacidi) è stato poi sintetizzato chimicamente e, pezzo per pezzo, sostituito al genoma naturale di E.coli. Il risultato finale? Un batterio con un genoma artificiale.

Soprannominato con Syn61, il batterio è un po’ più lungo e cresce più lentamente di E.coli. Ma riesce comunque a sopravvivere. “È davvero sorprendente” ha commentato l’autore dello studio Jason Chin, sottolineando l’importanza di questo risultato. Il dna di queste forme di vita, infatti, è diverso e potrebbe rendere molto più difficile l’attacco da parte dei virus. In altre parole, questi batteri potrebbero in effetti essere immuni ai virus e ciò potrebbe offrire notevoli benefici: E.coli, infatti, viene largamente utilizzato dall’industria biofarmaceutica per produrre, per esempio, l’insulina per il diabete e molti altri composti medici per cancro e sclerosi multipla. Tuttavia, può capitare che intere colture di batteri vadano perdute, perché contaminate da virus o altri microbi.

Ricordiamo che, come vi avevamo raccontato lo scorso aprile, dal politecnico federale di Zurigo era stata pubblicata su Pnas una ricerca molto simile. Infatti, i ricercatori erano riusciti creare un batterio, di nome Caulobacter ethensis-2.0, il primo ad essere stato progettato completamente al computer. Precisiamo, che il batterio non era esattamente un organismo in carne e ossa, ma piuttosto una grossa molecola dna, prodotta a partire dagli algoritmi sviluppati dai ricercatori dell’università svizzera. Come avevano riferito i ricercatori, presto il loro batterio potrebbe essere seguito da una nuova versione, un C. ethensis 3.0, che potrà finalmente essere inserita nel nucleo di un batterio in carne e ossa.

Ricordiamo, infine, che nel 2010 un team di ricercatori statunitensi era riuscito a creare il primo organismo (Mycoplasma mycoides) al mondo con un genoma artificiale (di 1 milioni di coppie di basi), ma non così tanto modificato. “Quest’ultima sostituzione del genoma è la più ampia di qualsiasi altra segnalata finora”, ha commentato al Guardian Clyde Hutchison, del gruppo di ricerca statunitense. “Hanno portato il campo della genomica sintetica ad un nuovo livello, non solo costruendo con successo il più grande genoma sintetico, ma anche apportando più modifiche al codice genetico”, ha aggiunto Tom Ellis, ricercatore di biologia sintetica dell’Imperial College di Londra. “È davvero sorprendente che E. coli riesca a crescere dopo così tanti cambiamenti”.

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