Creato in laboratorio un batterio con Dna completamente sintetico


SI TORNA a parlare di vita sintetica. A distanza di pochi anni dai traguardi raggiunti da Craig Venter, pioniere nel campo della biologia sintetica, il team di Jason Chin del Medical Research Council Laboratory of Molecular Biology di Cambridge (Regno Unito) segna un altro passo importante nel campo. Chin e colleghi sono infatti riusciti a costruire in laboratorio l’intero materiale genetico di un batterio piuttosto comune, sia come modello da laboratorio che come commensale umano, Escherichia coli. La versione sintetica messa a punto dai ricercatori è però una versione per così dire hackerata: il suo Dna è stato remixato. Non si tratta solamente di Dna sintetizzato in laboratorio, è anche materiale genetico che funziona, sotto certi aspetti, in modo diverso da quello presente in natura. Il traguardo è raccontato sulle pagine di Nature.

Il codice genetico

Per capire in che modo i ricercatori hanno remixato il DNA del batterio è necessario fare qualche passo indietro. Il Dna è tradizionalmente noto per essere il custode dell’informazione genetica. In termini estremi questo significa che contiene le istruzioni necessarie a produrre tutte le proteine di cui abbiamo bisogno. Queste istruzioni sono rappresentate dal susseguirsi di nucleotidi, le unità che costituiscono il materiale genetico, formate (tra l’altro) da basi azotate (per il Dna abbiamo guanina, adenina, citosina e timina, abbreviate con G, A, C e T). Per tradurre questa informazione (serie di nucleotidi) in proteine (serie di amminoacidi) i sistemi viventi utilizzano un codice, leggendo la sequenza di basi in serie di tre, i cosiddetti codoni. Un processo complesso, cui prendono parte molecole anche di un altro acido genetico, l’Rna, che per semplicità ora non consideriamo. Le quattro basi possono combinarsi in 64 codoni: 61 di questi codificano per gli amminoacidi, tre invece servono come segnale di stop durante la sintesi delle proteine. Semplificando: il codice genetico serve a dire quali amminoacidi inserire nelle proteine e quando terminare la loro sintesi sulla base della sequenza di basi del Dna. Dal momento che esistono 61 codoni per 20 amminoacidi, questo significa che uno stesso amminoacido è codificato da più triplette. E qui si inserisce il lavoro dei ricercatori di Cambridge: gli scienziati di fatto hanno riscritto questo codice. Nel dettaglio hanno creato un genoma sintetico con solo 61 codoni in tutto, riducendone la ridondanza (in particolare hanno ridotto il numero di codoni che codificano per l’amminoacido serina, e ridotto a due quelli dei segnali di stop). Nella pratica si è trattato di riscrivere oltre 18 mila codoni.

 
Un genoma sintetico, pezzo per pezzo

Dopo aver ridisegnato un nuovo codice genetico, il team di Chin è passato al suo assemblaggio. Per farlo ha utilizzato un sistema noto come Rexer (replicon excision enhanced recombination), che ha permesso di generare pezzi di Dna sintetico e di sostituirli passo dopo passo al Dna naturale del batterio. Questo processo è stato condotto in parallelo, su otto batteri di E.coli, ciascuno contenente una parte di Dna sintetico. Questi otto batteri alla fine sono stati combinati, tramite tecniche di biotecnologia e sfruttando il processo della coniugazione batterica, per creare un unico batterio di E.coli contenente un genoma completamente sintetico. Un genoma contente di fatto un codice genetico compresso, spiegano i ricercatori.
 

Genoma sintetici per molecole dalle nuove proprietà

Dimostrare che si può creare un batterio con genoma sintetico in laboratorio, molto più grande di quelli già assemblati in passato – quattro volte tanto il genoma di Mycoplasma di Venter, per esempio – e con un codice genetico riprogrammato, è un notevole passo avanti nel campo della biologia sintetica. Prima di tutto dimostra che la vita, scrivono i ricercatori, può essere operata anche con un ridotto numero di codoni. Il batterio E.coli con genoma sintetico è vitale e si riproduce, scrivono i ricercatori, anche se a tasso ridotto. Ma non solo. Le mire delle biologia sintetica sono quelle di riuscire a creare molecole che non esistono in natura, magari proteine che contengano amminoacidi non canonici, dalle nuove proprietà, utili nel campo delle biotecnologie o in medicina. Come? Un modo potrebbe essere quello di sostituire i codoni mancanti nel genoma sintetico con codoni non esistenti in natura, abbinati a nuovi amminoacidi.

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