Creato il primo batterio sintetico con i soli geni della vita

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Nuovo passo avanti nella creazione della vita artificiale. I ricercatori americani del team di Craig Venter e Clyde Hutchison hanno infatti progettato e sintetizzato nel loro laboratorio in California un genoma batterico minimo, contenente solo i geni necessari per la vita e composto da appena 473 geni. Un risultato descritto su ‘Science’, che fa avanzare la ricerca innovativa pubblicata dallo stesso team nel 2010, che all’epoca fece il giro del mondo. Nello studio si descriveva la costruzione della prima cellula batterica sintetica in grado di autoreplicarsi.Si dimostrava così che i genomi possono essere progettati al computer, assemblati chimicamente in laboratorio e trapiantati in una cellula ricevente, per produrre una nuova cellula autoreplicante controllata solo dal genoma sintetico. Dopo questa ricerca, esaltata ma anche criticata da scienziati di tutto il mondo, il team guidato da Venter e Hutchison si è concentrato sull’obiettivo finale, a cui lavoravano dal 1995: arrivare a sintetizzare una cellula minima, contenente solo i geni necessari per sostenere la vita nella sua forma più semplice. Un’impresa che potrebbe aiutare a comprendere la funzione di ogni gene essenziale in una cellula.

Per fare questo lavoro, Venter, Hutchison e gli studiosi del J. Craig Venter Institute a La Jolla si sono concentrati ancora una volta sul Mycoplasma, batterio che possiede i più piccoli genomi noti fra tutte le cellule in grado di replicarsi in modo autonomo. Nel 2010 i ricercatori avevano sintetizzato il genoma del Mycoplasma mycoides. Ora, sulla base della letteratura esistente, gli scienziati del team hanno progettato degli ipotetici genomi minimi su otto differenti segmenti, ciascuno dei quali poteva essere testato per classificare accuratamente i geni essenziali per la vita e quelli che non lo sono.

Durante questo processo, si è cercato anche di individuare i geni ‘quasi essenziali’, quelli cioè necessari per una crescita robusta, ma non imprescindibili per assicurare la vita. In una serie di esperimenti, Venter e Hutchison hanno inserito dei trasposoni (sequenze genetiche ‘straniere’) in numerosi geni, per interrompere le loro funzioni e determinare così quali fossero necessari per il funzionamento complessivo dei batteri. Poi sono tornati al genoma sintetico, ripetendo l’opera di selezione ed eliminando i geni non essenziali, in modo da ridurre le dimensioni il più possibile. L’analisi ha rivelato che alcuni geni inizialmente classificati come “non essenziali” in realtà eseguivano la stessa funzione essenziale di un secondo gene; pertanto, uno dei due doveva essere conservato nel genoma minimo.

Nella versione finale – registrata come JCVI-syn3.0 – la cellula sintetica realizzata da Venter comprende 473 geni. Ed è dotata di un genoma più piccolo di quello di qualsiasi cellula, autonomamente in grado di replicarsi in natura, nota fino ad oggi. Il genoma minimo assemblato in laboratorio è privo di tutti i geni che modificano il Dna, di quelli di restrizione e della maggior parte di quelli che codificano per le lipoproteine. Al contrario, quasi tutti i geni coinvolti nella lettura ed espressione delle informazioni genetiche nel genoma, nonché nella conservazione dell’informazione genetica tra generazioni, vengono mantenuti.

Ma la piccola cellula sintetica ‘disegnata’ dagli scienziati cela ancora dei misteri agli occhi dei suoi creatori. E’ interessante notare, infatti, che le precise funzioni biologiche di circa il 31% dei geni di JCVI-syn3.0 rimangono da scoprire. Tuttavia, diversi potenziali omologhi di un certo numero di questi geni sono stati trovati in altri organismi. E questo suggerisce che codifichino proteine ​​universali con funzioni ancora da determinare. La piattaforma JCVI-syn3.0 rappresenta uno strumento versatile per indagare sulle funzioni fondamentali della vita, concludono i ricercatori.

“Non dobbiamo avere paura” della nuova cellula sintetica creata da Venter e Hutchison. Il genoma batterico minimo sintetizzato nel loro laboratorio californiano apre infatti la strada alla costruzione di “fabbriche chimiche piccolissime”: micro-aziende ‘in provetta’ che “potrebbero migliorarci la vita sia dal punto di vista ambientale sia sotto l’aspetto della produttività”. Parola del genetista Edoardo Boncinelli, che spiega all’AdnKronos Salute il senso dell’ultimo annuncio di ‘Mister Genoma’.

La nuova cellula batterica autoreplicante sintetizzata da Venter e Hutchison contiene solo i geni necessari a sostenerne la vita: appena 473. “Tutti gli organismi – sottolinea Boncinelli – hanno molti più geni di quelli strettamente necessari, perché nella vita all’aperto c’è bisogno di tante cose che non servono nella vita in laboratorio. Si è quindi voluto comprendere, partendo dagli organismi più piccoli come i batteri, quali sono i geni davvero indispensabili per vivere”.

“Sul piano conoscitivo – prosegue lo scienziato – questo è un buon modo per capire di quanto poco abbiamo bisogno per vivere. Sul piano applicativo, invece, si tratta di costruire in laboratorio organismi con un numero di geni abbastanza basso da poterne aggiungere altri, in modo da portare queste cellule a fare delle cose che ci interessano:trasformare certe sostanze in altre, purificare l’acqua dal petrolio, distruggere alcuni agenti inquinanti, sintetizzare nuovi materiali come plastiche particolari o tessuti ultra resistenti”.

In altre parole, precisa Boncinelli, “si crea un genoma minimo in modo da poterlo riespandere a nostro piacimento. I principali campi di applicazione sono quello ambientale e quello produttivo. Non dobbiamo temere questo filone di studi – assicura il genetista – Questi organismi sintetici sono talmente miseri che non potrebbero fare nulla che non vogliamo riescano a fare. Non potrebbero mai prendere il sopravvento sull’uomo”. Lo scienziato tiene però a evidenziare che “per ora le prospettive aperte da queste ricerche sono delle promesse. Sarà interessante vedere se si realizzeranno”.

“Uno studio straordinario che ci consente di comprendere meglio la vita”, è il giudizio di Giuseppe Novelli, genetista e rettore dell’università di Roma Tor Vergata. “Non c’è nulla da temere, non parliamo di vita creata in laboratorio: si tratta di scienza e non di fantascienza”, dice lo scienziato all’AdnKronos Salute. “Per spiegarmi meglio risponderò come Renato Dulbecco rispose ad Enzo Biagi alla domanda ‘si può creare la vita?’. Il Nobel rispose ‘la vita è una cosa troppo complessa’. Io aggiungo, però, che la vita si può comprendere. E questo studio ci permette di fare un passo avanti”.

“Ripeto: è uno studio straordinario che ha prodotto una tecnologia utile a capire meglio il meccanismo della vita – prosegue Novelli – Ciò che è stato fatto è stato ‘semplicemente’ capire quale sia il set minimo di geni necessario per ottenere un accenno di vita, ovvero permettere alla cellula di vivere e riprodursi. Solo questo. Il minimo. Insomma, definire il numero dei componenti di un’orchestra”. Tutto questo significa anche “avere ottenuto acquisizioni tecnologiche importantissime”. Ma “far suonare l’orchestra è un’altra cosa. E’ necessario – continua il genetista – scoprire gli interruttori che attivano i diversi elementi dell’orchestra stessa perché ‘suonino’. Sara necessario continuare la ricerca con passi via via più complicati”.

Inoltre, ” l’ultimo tassello fondamentale – conclude lo scienziato – sarà ‘vestire’ i geni. Il Dna che Craig Venter e Clyde Hutchison hanno utilizzato è ‘nudo’, è chimico. Il Dna, infatti, funziona rispetto a come ‘si veste’. In pratica: il fegato e il polmone hanno lo stesso Dna, ma ciò che lo copre lo fa funzionare da fegato o da polmone. Questo complesso meccanismo, che noi chiamiamo epigenetica, è tutto ancora da esplorare” .

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