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Ai biologi piacerebbe programmare le cellule come se fossero chip di computer
Illustrazione di David S. Goodsell
Seduto nello spazio del suo laboratorio di avvio alla periferia del campus del MIT, Alec Nielsen apre il suo laptop e digita le istruzioni per una cellula di lievito geneticamente modificata che si illuminerà di giallo. Racconta al programma quali zuccheri intende nutrire la cellula - arabinosio e lattosio - e specifica che dovrebbe produrre una proteina fluorescente che si trova normalmente nelle meduse.
Il computer impiega circa 60 secondi prima di sputare un elenco di circa 11.000 lettere di DNA, insieme a quello che sembra uno schema circuitale.
Nielsen dirige una startup chiamata Asimov che sta cercando di automatizzare la progettazione di sofisticate modificazioni genetiche. Il suo software, chiamato CELLO, è modellato sul tipo utilizzato per progettare circuiti elettronici e chip per computer con miliardi di transistor.
Uno 'schema circuitale' mostra come un percorso molecolare dovrebbe agire in un microrganismo.
La ricerca biologica, per la maggior parte, è sperimentale. Non sai cosa funzionerà finché non lo provi. Ma Asimov pensa che possa eliminare alcune delle congetture dalla creazione di organismi ingegnerizzati. Abbiamo deciso un paio di anni fa di prendere questo problema molto complesso e renderlo semplice come programmare un computer, afferma Christopher Voigt, un professore del MIT che è cofondatore dell'azienda. Iniziamo a pensare a come inserire gli strumenti della progettazione di circuiti elettronici nella progettazione di circuiti genetici.
La produzione di proteine, biocarburanti o sostanze chimiche all'interno delle cellule non è una novità. È da lì che provengono l'insulina, l'alcol e gli enzimi nel detersivo per bucato. Ma convincere un microbo a fare ciò che vuoi, quando vuoi, senza morire per lo sforzo non è facile.
Ora gli scienziati stanno progettando una nuova generazione di organismi che fanno molto di più che pompare continuamente prodotti genetici come le fabbriche. Vogliono che percepiscano e rispondano ai segnali ambientali, si accendano in determinati momenti o diventino farmaci antitumorali intelligenti che sono mortali solo all'interno di un tumore.
Alcuni prodotti con tali interruttori sono già in fase di sviluppo. Un'azienda chiamata Synlogic sta testando batteri con un circuito genetico che le persone stanno deglutendo come parte di una sperimentazione clinica. Le grandi compagnie farmaceutiche hanno iniziato ad acquisire startup con idee per nuove cellule che combattono il cancro.
Alec Nielsen (a sinistra) e Raja Srinivas sono tra i fondatori di una startup che cerca di accelerare l'ingegneria dei microrganismi.
Il laboratorio di Voigt ha trascorso l'ultimo decennio sviluppando interruttori genetici che svolgono compiti logici di base, come l'attesa di due segnali biologici prima di accendersi.
Nel 2016, lui, Nielsen e altri hanno dimostrato il software CELLO, che ha così accelerato la progettazione genetica che sono stati in grado di costruire 52 circuiti di questo tipo in circa una settimana. Più di due terzi effettivamente funzionavano. Condensa anni di lavoro in poche settimane, dice Voigt. Abbiamo passato molto tempo a capire perché gli elementi di base non funzionano e come risolverli e come isolare il sistema in modo che funzionassero in tutte le diverse combinazioni.
Asimov ha raccolto fondi da Andreessen Horowitz, la società di venture capital della Silicon Valley, che ha un fondo di 450 milioni di dollari che sta investendo in società biotecnologiche che incorporano concetti di software o ingegneria informatica. Il piano di Asimov è progettare circuiti per i clienti e fornire i costrutti di DNA di cui hanno bisogno.
Se la progettazione biologica può essere resa più prevedibile, Nielsen vede pochi limiti su ciò per cui potrebbe essere utilizzata. Pensiamo che i circuiti genetici inizieranno ad apparire in tutti i prodotti che toccano la nostra vita ogni giorno, dagli alimenti ai vestiti alle medicine, dice.