Ricercatrice italiana scopre l'elica quadrupla nel Dna, 21 gennaio 2013, http://www.repubblica.it

Lo studio dell'Università di Cambridge a sessanta anni dalla scoperta dei "mattoni della vita". In futuro la rivelazione potrebbe essere fondamentale per mettere a punto nuove terapie per combattere i tumori di VALERIA PINI 

IL DNA nelle cellule umane può assumere anche una forma 'a quadrupla elica', e non solo quella a doppia scoperta proprio 60 anni fa da Watson e Crick con il contributo di Rosalind Franklin. Lo ha scoperto Giulia Biffi, una ricercatrice italiana che lavora all'università di Cambridge con uno studio pubblicato dalla rivista Nature Chemistry, che per la prima volta ha isolato questa struttura nelle cellule umane. Lo studio, pubblicato sulla rivista scientifica Nature Chemistry , rappresenta una tappa importante nel campo delle genetica e in futuro potrebbe avere sviluppi nella la ricerca sul cancro. 

LO STUDIO 

Nel lontano Watson e  Crick alzarono il velo sul 'codice della vita' scoprendo la struttura a doppia elica del Dna, che 9 anni dopo, nel '62, valse a loro e al collega Maurice Wilkins il premio Nobel per la Medicina. Ora, nell'anno in cui si celebra il sessantesimo anniversario di quel successo, dallo stesso ateneo che lo ha partorito arriva un'altra grossa novità  sui 'mattoni della vita'. E' un passo avanti che gli autori dello studio, finanziato da Cancer Research del Regno Unito , definiscono "una vera pietra miliare" del progresso scientifico. Per la prima volta è stata provata l'esistenza nelle cellule umane di un Dna particolare a 'quadrupla elica', finora dimostrata soltanto in provetta. E colpire queste strutture potrebbe rivelarsi una strada inedita per combattere il cancro con nuove cure su misura.

I 4 filamenti. Negli ultimi vent'anni la ricerca ha suggerito che in laboratorio si possono formare strutture di Dna composte da 4 filamenti, dette G-quadruplex o G-tetradi perché tendono a crearsi nelle sequenze particolarmente ricche di guanina (G), uno dei 'mattoni' che costruiscono gli acidi nucleici. Finora, però, queste strutture erano state considerate una curiosità piuttosto che qualcosa realmente esistente in natura. Invece Giulia Biffi, nel curriculum una formazione all'università di Pavia, ricercatrice che ha guidato lo studio nel laboratorio di Cambridge coordinato da Shankar Balasubramanian, le ha 'catturate' per la prima volta utilizzando speciali anticorpi fosforescenti disegnati apposta per riuscire ad agganciarle. 

"Stabilizzare le cellule". Gli studiosi hanno osservato anche che queste strutture a 4 filamenti sono particolarmente numerose durante il processo di replicazione del Dna, e cioè quando la cellula si sta per dividere e moltiplicare. Più rapidamente sta procedendo il processo di divisione, più quadruple eliche ci sono. Non è ancora accertato, ma sembra che nella cellula tumorale ci siano più strutture quadruple rispetto alle cellule normali, anche perché quelle tumorali si moltiplicano in continuazione. La presenza di questo Dna 'a 4' sembra legata a doppio filo con un momento cruciale della vita cellulare, perché se qualcosa va storto in questa fase può innescarsi la cascata di eventi che porta al cancro. Se fosse così, come ipotizzano gli esperti, in futuro sarebbe possibile bloccare la quadrupla elica con molecole sintetiche e fermare il processo di replicazione e quindi la proliferazione del cancro.

Il tumore. Tra l'altro studi precedenti hanno dimostrato che un gene iperattivo, con alti livelli di Dna a 4 fili, è anche più vulnerabile a interferenze esterne. "Ciò avvalora l'ipotesi che alcuni geni del cancro possono essere 'infastiditi' attraverso piccole molecole capaci di legare particolari sequenze di Dna - dice Balasubramanian - . Avere capito che queste particolari sequenza da colpire potrebbero essere le quadruple eliche è una prospettiva eccitante.

"Ancora molto da scoprire". "Comunque c'è ancora molto da scoprire - spiega Balasubramanian - Ma per quanto ci riguarda quanto scoperto supporta in modo solido l'opportunità di percorrere una nuova strada: utilizzare questo Dna come bersaglio per i trattamenti personalizzati del futuro". Ad alimentare le speranze degli scienziati c'è anche il fatto che, "intrappolando con molecole sintetiche queste strutture di Dna quadruplex, riusciamo a sequestrarle e a stabilizzarle", interferendo in qualche modo con il processo di replicazione cellulare.

Visione limitata della cellula. Una scoperta importante ma molto rimane ancora da fare per svelare i misteri dei 'mattoni della vita'. Secondo Carlo Alberto Redi, biologo dello sviluppo dell'Università di Pavia, "la nostra visione del Dna è ancora ingenua" e solo con scoperte come questa si incomincia a capire un poco di più come funziona. "Sempre più si va delineando il fatto che abbiamo una versione naif del genoma, in cui sequenziando il Dna si ottengono tutte le informazioni sugli organismi - spiega Redi - finalmente, grazie alle scienze 'omiche', dalla genomica alla metabolomica, stiamo capendo come mai una 'manciata' di geni, che abbiamo in comune con i lieviti, sia in grado di delineare tutte le forme viventi. Scoperte come questa sono fondamentali, perché ci permettono di capire come funziona veramente la vita". "E' un momento eccitante, perché queste conformazioni potrebbero essere coinvolte nelle caratteristiche più importanti della cellula, dalla sua attività alla staminalità alla formazione di neoplasie - conclude - . La struttura a quadrupla elica di sicuro appare, svolge la sua funzione e poi scompare in pochi secondi, e ad esempio questa caratteristica potrebbe essere sfruttata per i computer a Dna, ma siamo ovviamente nel campo delle ipotesi finché non ne sapremo di più sulle funzioni di queste strutture".  

Realizzato il primo pacemaker naturale

Trasformando cellule cardiache con l'iniezione di un gene

17 dicembre 2012

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(ANSA) - LOS ANGELES, 17 DIC - L'iniezione di un gene ha permesso di costruire il primo pacemaker naturale nel cuore di un topo. Nell'esperimento, cellule normali sono state trasformate in cellule capaci di correggere i difetti del battito cardiaco. Il risultato e' di un gruppo di ricerca del Cedars-Sinai Heart Institute di Los Angeles, coordinato da Nidhi Kapoor. La ricerca, pubblicata su Nature Biotechnology, ha permesso di riprogrammare le cellule del cuore per farle diventare repliche esatte di cellule pacemaker.

Dna fai-da-te Premiata fabbrica Blade Runner

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.

A mezzo secolo di distanza tra loro due Nobel rivelano tutto delle cellule

Cellule "dormienti" da risvegliare

12/07/2012 - GLI STUDI SUL DNA - Dove va la ricerca sul genoma? - A CURA DI VALENTINA ARCOVIO, ROMA, http://www3.lastampa.it/

A più di 10 anni dal primo sequenziamento del genoma umano dalla lettura del codice genetico alla sua riscrittura in laboratorio, dove sta andando la genomica?

Sono molti i filoni di ricerca aperti a cui gli scienziati stanno lavorando. Oltre allo studio del funzionamento dei nostri geni, la tecnologia che ha portato a decifrare il nostro Dna per intero si è talmente evoluta che oggi riusciamo a fare cose che prima ritenevamo quasi impossibili. Ad esempio ora è possibile realizzare in laboratorio cellule artificiali, create appositamente per aiutarci a raggiungere specifici obiettivi non solo medici, ma energetici e ambientali. Nel frattempo, in tutto il mondo si continua a lavorare al sequenziamento e all'archiviazione dei genomi, non solo umani, ma anche animali e vegetali.

A cosa servono le cellule artificiali?

Create con un Dna progettato a tavolino, le cellule sintetiche possono essere utili in diversi campi: dalla creazione di biocarburanti a quella dei vaccini, di nutrienti e organismi utili all'ambiente. Interessante è ad esempio la possibilità di realizzare alghe in grado di catturare l'anidride carbonica dall'ambiente per poi riutilizzarla nella produzione di biocombustibili. Altro filone di ricerca promettente è quello dei vaccini antinfluenzali: grazie alle cellule artificiali potremo essere in grado di creare sieri efficaci nell'arco di pochissime ore, anziché di mesi.

Qual è stata la prima cellula artificiale realizzata in laboratorio?

Dopo aver sintetizzato chimicamente un genoma batterico, e successivamente trapiantato il genoma di un batterio in un altro, nel maggio del 2010 gli scienziati del J. Craig Venter Institute hanno combinato queste due tecniche per creare la prima cellula sintetica, battezzata «Sinthya». Si tratta di una cellula derivata da un cromosoma artificiale, realizzato con 4 flaconi di prodotti chimici e un sintetizzatore chimico. Un risultato, questo, che ha in qualche modo cambiato la visione la nostra visione della scienza.

A cosa è servito, invece, decifrare l'intero genoma umano?

Il sequenziamento completo del Dna umano ci ha insegnato che il nostro genoma è molto complesso, più di quanto abbiamo immaginato prima. Grazie al Progetto Genoma Umano, così come al lavoro di Craig Venter, abbiamo scoperto che i geni non sono semplicemente unità discrete che forniscono informazioni per la creazione di proteine. Ad esempio, abbiamo capito che il Dna produce molecole di regolazione dell'attività dei nostri geni. Si tratta soprattutto degli Rna, i maestri della grande orchestra formata dai nostri geni, che solo negli ultimi anni stiamo studiando in maniera approfondita.

Grazie alle nuove informazioni sul genoma, come è cambiata la medicina?

Oggi siamo in grado di leggere il Dna di moltissime malattie, compresi i tumori, e di capire quali sono le anomalie e le alterazioni che portano le cellule ad ammalarsi. Oggi ogni tumore viene valutato in base alle alterazioni genetiche che presenta. Questo significa che si possono curare i pazienti con terapie mirate, che colpiscono direttamente le alterazioni di un tipo specifico di tumore. Come nel caso della leucemia: le terapie mirate hanno di fatto moltiplicato i tassi di sopravvivenza. In pratica, la genomica ha aperto le porte alla medicina personalizzata.

Quali sono i limiti di questo approccio?

Anche conoscendo tutto il nostro genoma, non possiamo sapere se e quali malattie svilupperemo in futuro e quando e per cosa un giorno moriremo. Gli scienziati hanno capito che conoscere il genoma non basta. Per realizzare il sogno della medicina predittiva è fondamentale quello che è stato battezzato con il termine «exsposuroma», cioè l'insieme dei fattori non genetici ai quali siamo esposti durante tutta la nostra vita. Se n'è parlato di recente a Firenze, poi all'Istituto Mario Negri di Milano, in due letture organizzate dalla Fondazione Sigma Tau, in cui ha preso parte John P. A. Ioannidis, direttore dello Stanford Prevention Research Center. Secondo lo scienziato, solo mettendo insieme le informazioni genomiche con quelle non genomiche si potrà capire l'origine delle malattie.

Quanto si sono evolute le tecnologie di sequenziamento del genoma?

Mappare i primi genomi umani è costato centinaia di milioni di dollari. Oggi la tecnologia si è evoluta e si è arrivati a creare macchine potenti in grado di ridurre, non solo i tempi di sequenziamento, ma anche i costi. Ci sono compagnie capaci di codificare il genoma di un individuo con soli mille euro, offrendo a tutti la possibilità di conoscere il proprio Dna. Come spesso nella Scienza, l'evoluzione della tecnologia viaggia più velocemente della cultura.

Approvato il primofarmaco ottenutoda piante ingegnerizzate - 13 giu 2012, http://salute24.ilsole24ore.com

La Food and Drug Administration (FDA) statunitense ha approvato l'uso del primo farmaco prodotto utilizzato cellule di piante ingegnerizzate. La decisione, di cui ha dato notizia la rivista Nature Biotechnology, fa entrare per la prima volta i vegetali nell'elenco degli organismi geneticamente modificati (ogm) utilizzati per la produzione di un medicinale.

Il caso più famoso di ogm messo a punto per ottenere “biofabbriche” di farmaci è quello dei microrganismi in grado di sintetizzare l'insulina. Questa volta, invece, sono state le cellule di carota a permettere di ottenere un enzima umano per curare chi soffre della malattia di Gaucher di tipo I. Quest'ultima è un disturbo genetico che causa l'accumulo di lipidi in organi e tessuti, provocando frequenti emorragie, atrofia muscolare, stanchezza, problemi al fegato e alla milza una serie di altri sintomi che possono essere contrastati solo con la somministrazione di questa molecola.

Il farmaco “ricombinante” prodotto dalle cellule di carota può essere somministrato tramite iniezione. Altri ricercatori stanno effettuando studi clinici anche per valutare la possibilità di assumere la terapia per via orale.

Approvato il primo farmaco ottenuto da piante ingegnerizzate

La Food and Drug Administration statunitense ha approvato l'uso del primo farmaco prodotto utilizzato cellule di piante ingegnerizzate. La decisione, di cui ha dato notizia la rivista Nature Biotechnology, fa entrare per la prima volta i vegetali nell'elenco degli organismi geneticamente modificati (ogm) utilizzati per la produzione di un medicinale.

Il caso più famoso di ogm messo a punto per ottenere “biofabbriche” di farmaci è con tutta probabilità quello dei microrganismi in grado di sintetizzare l'insulina. Questa volta, invece, sono le cellule di carota a permettere di ottenere un enzima umano per curare chi soffre della malattia di Gaucher di tipo I. Quest'ultima è un disturbo genetico che causa l'accumulo di lipidi in organi e tessuti, provocando frequenti emorragie, atrofia muscolare, stanchezza, problemi al fegato e alla milza una serie di altri sintomi che possono essere contrastati con la somministrazione di questa molecola.

Il farmaco “ricombinante” prodotto dalle cellule di carota può essere somministrato tramite iniezione. Altri ricercatori stanno effettuando studi clinici anche per valutare la possibilità di assumere la terapia per via orale

Approvato il primo farmaco ottenuto da piante ingegnerizzate

La Food and Drug Administration statunitense ha approvato l'uso del primo farmaco prodotto utilizzato cellule di piante ingegnerizzate. La decisione, di cui ha dato notizia la rivista Nature Biotechnology, fa entrare per la prima volta i vegetali nell'elenco degli organismi geneticamente modificati (ogm) utilizzati per la produzione di un medicinale.

Il caso più famoso di ogm messo a punto per ottenere “biofabbriche” di farmaci è con tutta probabilità quello dei microrganismi in grado di sintetizzare l'insulina. Questa volta, invece, sono le cellule di carota a permettere di ottenere un enzima umano per curare chi soffre della malattia di Gaucher di tipo I. Quest'ultima è un disturbo genetico che causa l'accumulo di lipidi in organi e tessuti, provocando frequenti emorragie, atrofia muscolare, stanchezza, problemi al fegato e alla milza una serie di altri sintomi che possono essere contrastati con la somministrazione di questa molecola.

Il farmaco “ricombinante” prodotto dalle cellule di carota può essere somministrato tramite iniezione. Altri ricercatori stanno effettuando studi clinici anche per valutare la possibilità di assumere la terapia per via orale.

Venter, ecco novita' su vita artifiale - Progetti presentati a congresso Societa' americana di chimica, 26 marzo, http://www.ansa.it

 (ANSA) - SAN DIEGO, 26 MAR - Le prime cellule artificiali progettate per fabbricare biocarburanti e vaccini: e' il cantiere della vita artificiale, presentato da Craig Venter, il papa' della prima cellula artificiale e pioniere della mappa del genoma umano, durante il congresso della Societa' americana di Chimica. Venter sta lavorando alle prime cellule sintetiche programmate per una funzione precisa. Il 'cantiere' della vita artificiale e' nei laboratori del J.C. Venter Institute e della compagnia Synthetic Genomics.

Moltiplicazione perpetua così l'Idra degli stagni ha raggiunto l'eternità