I batteri con DNA tutto artificiale


Un batterio con DNA interamente artificiale, fatto su misura in laboratorio: l’ha assemblato un gruppo di scienziati del Medical Research Council Laboratory of Molecular Biology di Cambridge, in Inghilterra: è, fino a questo momento, l’esempio più spinto e complesso di organismo con codice genetico sintetico.

 

Per mettere a punto il microrganismo, il team di Cambridge, guidato dal biologo Jason Chin, è partito dal batterio Escherichia coli, che si trova normalmente nell’intestino e nel suolo, e che viene usato anche dall’industria farmaceutica per la produzione di varie sostanze.

 

Istruzioni di montaggio. Come ogni organismo vivente, il batterio ha un codice genetico scritto nell’alfabeto che ormai cominciamo a conoscere e che rappresentiamo con le lettere A, T, C, G, corrispondenti alle quattro basi azotate: adeninina, timina, citosina, guanina.

 


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Gli archei (Archaea) sono microrganismi elementari le cui cellule sono senza nucleo (procarioti): nel cosmo dei micorganismi, sono i più antichi. Scoperti alla fine degli anni ’70, sono stati trovati in tutti gli habitat. Le relazioni di parentela (filogenesi) ed evolutiva tra procarioti (archei e batteri) ed eucarioti, i due domini in cui sono suddivisi gli organismi viventi, non sono tutt’oggi chiare: recenti studi ipotizzano che gli archei siano all’origine della nascita delle cellule eucariote, il dominio della vita che include gli organismi dotati di nucleo, ossia gli unicellulari (protisti) e i multicellulari (le piante, i funghi, gli animali e quindi noi stessi). Vedi Earth Microbiome Project. | Focus.it / img. WikiMedia

Ciascun gene può essere formato da migliaia di queste basi. Per formare le proteine, che svolgono le molteplici ed essenziali funzioni dell’organismo, il codice genetico viene letto in sequenze formate da tre basi ciascuna, i cosiddetti codoni. Ciascun codone guida a sua volta la produzione di uno specifico aminoacido. Il codone TCT, per esempio, codifica per l’aminoacido serina. Tre codoni, infine, costituiscono un segnale di stop: dicono cioè quando la struttura della proteina è completa.

 

Un codice ridondante. In tutto i codoni sono 64, ma gli aminoacidi esistenti sono solo 20: questo perché più di un codone, fino a sei, può dare avvio alla produzione dello stesso aminoacido. In pratica, il codice genetico è ridonante. I ricercatori di Cambridge hanno sfruttato proprio questo principio per “comprimerlo”, e vedere fino a che punto sia possibile ridurre la quantità di informazioni per ottenere un organismo vitale. Alla fine del loro lavoro di analisi ed editing del genoma del batterio, hanno eliminato tre codoni, usandone alla fine 61 in tutto per produrre tutti e venti gli aminoacidi e i segnali di stop.

 

L’intero DNA del batterio alla fine è stato sintetizzato in laboratorio, e inserito pezzo per pezzo nel genoma di Escherichia coli. Nella versione finale, l’organismo non aveva più DNA naturale, ma solo sintetico, e nonostante questo, i batteri sono rimasti in vita, continuando a riprodursi, seppure più lentamente rispetto all’organismo naturale.

 

Basi minime per la vita. Per i ricercatori, che hanno descritto il loro lavoro su Nature, il nuovo organismo sintetico – chiamato Syn61 – è la dimostrazione che la vita può operare con un numero ridotto di informazioni rispetto a quello degli organismi naturali, anche se non tutti gli schemi risultano funzionanti.

 

La ricerca degli scienziati di Cambridge appartiene al filone della biologia sintetica, che si è notevolmente sviluppata in questi ultimi anni. Nel 2010 fu annunciata la creazione del primo organismo con genoma sintetico: in quel caso si lavorò sul Mycoplasma mycoides, un batterio che ha un genoma di un milione di basi, solo un quarto di quello dell’Escherichia coli, ed erano i primi tentativi su questa strada – le “modifiche” non erano state radicali quanto quelle fatte in questo tentativo.

 

Le applicazioni. Queste ricerche, oltre ad aiutarci a comprendere meglio quali sistemi molecolari possono supportare la vita e la sua evoluzione, hanno anche applicazioni molto pratiche. L’industria farmaceutica, per esempio, utilizza già l’Escherichia coli come “fabbrica” di insulina per i diabetici, ma si tratta sempre di “processi a rischio” perché compromessi dalla contaminazione con virus o altri microrganismi: al contrario, il batterio sintetico, con il suo DNA fortemente modificato, dovrebbe essere resistente ai virus, che non riuscirebbero a replicarsi dentro la cellula. In futuro, inoltre, si potrebbe pensare di programmare il codice genetico di Escherichia coli o di altri batteri per produrre “su misura” particolari enzimi, proteine e farmaci.



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