La Repubblica (ARNALDO D'AMICO) - http://www.swas.polito.it
LA DOMENICA DI REPUBBLICA Next Fanta-scienza Costruire ex novo organismi viventi oggi si può.
Per gli androidi del film di Ridley Scott bisogna ancora aspettare, ma i giocattoli "vivi" del tecnico Nexus sono già una realtà L'ultima frontiera della biologia sintetica è sviluppare programmi "copia e incolla" di cellule.
Ecco come
La biologia sintetica, combinando sistemi di geni scoperti in forme di vita diverse, può realizzare organismi produttori di materiali nuovi Carlo Alberto Redi Genetista
Clonazione e ingegneria genetica, coi loro Ogm e animali-fotocopia, stanno per andare in pensione.
Siamo entrati nel "Nexus century": quello in cui gli organismi viventi si costruiscono ex novo, anziché modificarne qualche gene.
Come faceva la Nexus Corporation del film Blade Runner.
Per i replicanti degli esseri umani veri e propri mancano ancora le conoscenze necessarie.
Ma qualcosa di simile ai giocattoli viventi che popolavano la casa del tecnico della Nexus giustiziato dalla bella androide del capolavoro di Ridley Scott è già stato fatto.
Tutto è cominciato nel 2000, quando su Nature due gruppi di ricercaindipendenti annunciano la costruzione di un interruttore e un orologio, che di fatto sono cellule viventi.
Nel giro di pochi anni si realizzano altre cellule viventi con funzioni diverse: interruttori di vario tipo, sensori per odori, luce, temperatura, campi magnetici, e poi memorie, oscillatori, generatori di impulsi e microfabbriche di farmaci, resine, plastiche biodegradabili, carburanti.
Come è stato possibile? Il primo passo è stato decodificare i geni presenti in una cellula, che siano dieci, cento o diecimila non ha importanza.
Poi, con le nuove tecnologie appena messe a punto, si sintetizzanoe si "cuciono" insieme.
Infine, si mettono in uno chassis, un telaio, come i biologi sintetici (gli scienziati che praticano la nuova disciplina) definiscono una cellula svuotata del suo Dna, lasciando solo la parte che ne permette la vita e la riproduzione.
«La biologia sintetica può anche, combinando e integrando sistemi di geni scoperti in forme di vita diverse, realizzare organismi che hanno funzioni o producono materiali nuovi per la natura», precisa Carlo Alberto Redi, genetista dell'università di Pavia.Un altro passo avanti avviene nel 2003 quando il Mit (Massachusetts Institute of Technolgy) di Boston, culla della biologia sintetica, apre un sito ad accesso libero dove i ricercatori depositano le sequenze dei geni e dei loro regolatori che man mano scopronoe degli chassis realizzati.
Si chiama "Registro di parti biologiche standard", l'indirizzoè partsregistry.org edè un catalogo di funzioni, dispositivi e parti, appunto gli chassis.
I "telai" disponibili derivano da un batterio abituale ospite dell'intestino umano, l' escherichia coli, dal lievito di birra, da alcuni virus e, ultime arrivate, cellule staminali di ovaio di criceto e di rene umano.
La loro realizzazione, al momento, richiedestrumentazioni non alla portata di tuttii laboratori.
Tutto il resto invece si copia.
Ad esempio, per fare una foto batterica ad alta definizione (13 megapixel per centimetro quadrato) si clicca "coloroid" e si trovano gli undici componenti tra geni e regolatori che dotano uno chassis della capacità di diventare scuro se colpito dalla luce.
Sono messi a disposizione da studenti della Texas University ad Austin e corredati dei loro ritratti in fotografia batterica.
Di ogni pezzo di Dna capace di svolgere una funzione (produrre una proteina, accendere o spegnere l'espressione di un altro gene, determinare il tempo di vita di una cellula eccetera) c'è la sequenza di lettere che lo compongono, le molecole (i nucleotidi) che costituiscono il Dna.
Un "copia e incolla" sul programmino del computer (ce ne sono anche per iPad) ad esempio Genoma compiler, collegato a una macchinetta che assembla le molecole-lettera del Dna, ed ecco gli undici geni e relativi regolatori da impiantare.
I pochi microrganismi ottenuti si fanno moltiplicare sino a generare il film fotosensibile della dimensione voluta.
Una curiosità, al momento nulla di più.
Come la zampa di rana che Luigi Galvani muoveva con l'elettricità nel Settecento e che divenne il primo passo di una rivoluzione che cambiò la storia umana.
La fotografia battericaè il dispositivo più semplice in catalogo.
Ci vogliono un centinaio di geni e regolatori per dotare una cellula del movimento.
Di meno per un dispositivo di autodistruzione, o di distruzione di altre cellule, un centinaio invece per far produrre resine, plastiche, farmaci o carburanti.
E così via per il centinaio di funzioni e dispositivi diversi sinora messi a disposizione.
Nel complesso, le sequenze di Dna depositate sinora sono numerose migliaia.
E proprio la produzione di sostanze spiega bene il superamento dell'ingegneriagenetica.
Dice ancora Redi: «Ecco un esempio pratico: la produzione di artemisina, un potente farmaco contro la malaria.
È stato scoperto in quantità minime in una pianta, l' Artemisia annua (assenzio romano) e, con grandi difficoltà, si può ottenere dalla ingegnerizzazione del lievito di birra con alcuni geni della sintesi naturale della artemisina.
Poi si fa crescere il lievito e si estrae la molecola.
Le rese produttive di questo macchinoso procedimento sono scarse come difficile è coltivare la pianta originale per averne grandi quantità, quante ne servirebbero per tutti i malati.
Invece, combinando insieme tutte le sequenze del Dna che controllano la produzione naturale della artemisina e inserendole in uno chassis, si "sintetizza" un organismo produttore di sola artemisina».
La chiave di questo balzo in avanti sta soprattutto nella rapida decifrazione del linguaggio segreto della genetica, quello con cui piccole parti del Dna e lo Rna regolano i geni.
Racconta da Boston Pier Paolo Pandolfi, direttore del programma di ricerca in genetica del cancro della Harvard University: «Oggi possiamo generare topi che hanno non più il singolo gene che scatena la moltiplicazione incontrollata della cellula, ma topi che si ammalano di tumore umano della prostata, del seno e così via perché contengono le decine di geni umani che si attivano in questi tumori.
Possiamo così studiare il tumore, non solo la cellula cancerosa, i suoi rapporti con l'ambiente, come fermarlo e prevenirlo.
Poi, nella nostra "clinica dei topi", testare nuovi farmaci progettati e assemblati con la biologia sintetica in piante geneticamente modificate per generare dei vegetali commestibili e farmacologicamente attivi».
«Purtroppo continua a salire l'unico spread di cui ci dovremmo preoccupare - conclude Redi - il divario tra le conoscenze prodotte dall'Italia e quelle sfornate dagli altri Paesi avanzati.
Basti pensare che per tutta la ricerca biotecnologica abbiamo stanziato una minima parte di quei 30 milioni di uno dei 64 progetti tedeschi riservati solo alle staminali.
Se continuiamo così prepariamoci ad affrontare il principale rischio delle biotecnologie: lasciarle in mano agli altri».
Organismo vivente La materia quando è vita? Non è ancora chiaro.
Può moltiplicarsi? Lo fanno anche le proteine che causano la "mucca pazza" Cresce? È tipico anche dei cristalli I virus sono vita anche se incapaci di moltiplicarsi e di produrre energia da soli? Dna La molecola con le istruzioni per costruire ciò che serve a un organismo per vivere e moltiplicarsi.
È universale, struttura chimica e codice sono gli stessi in tutte le forme di vita: scambiati tra organismi diversi, funzionano alla perfezione Gene La parte di Dna con l'informazione per produrre una proteina di struttura, che compone l'organismo, o una proteina (enzima) che controlla reazioni chimiche, o una molecola (Rna) che comanda altri geni Si trasmette di generazione in generazioneIngegneria genetica
Tecnica per trasferire un gene da un organismo vivente a un altro, di qualsiasi specie o regno (animale e vegetale).
L'impianto in genere riesce Ma spesso va rifatto perché il gene raramente funziona come si desidera Geni regolatori Tratti di Dna che regolano (attivano, spengono, accelerano, rallentano) il funzionamento di altri geni.
È il numero di geni regolatori che più aumenta nella scala evolutiva, non di quelli che fanno proteine.
Scoperti di recente, sono ereditari Biologia sintetica Tecnica che sintetizza decine di geni regolatori e che fanno proteine (copiati dalla natura o inventati), li assembla e li impianta in una cellula svuotata di gran parte del suo Dna.
La cellula acquisisce le funzioni del nuovo patrimonio genetico.
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