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Creare rapidamente un genoma da zero
Una tecnica di sintesi rapida del DNA è stata utilizzata per sintetizzare da zero un genoma mitocondriale completo. Il nuovo metodo verrà utilizzato per produrre rapidamente vaccini da una startup chiamata Synthetic Genomics Vaccines.
Creatore del genoma: Daniel Gibson, professore al J. Craig Venter Institute, sta sviluppando nuovi modi per ricucire il DNA.
La nuova tecnica consente ai biologi di assemblare grandi pezzi di DNA da progetti modificati su un computer più rapidamente di prima. Ricercatori presso il Istituto J. Craig Venter a Rockville, nel Maryland, hanno utilizzato il metodo per creare l'intero genoma di un organello cellulare chiamato mitocondri, un passaggio che potrebbe portare a terapie per le malattie metaboliche. Synthetic Genomics sta collaborando con il colosso farmaceutico Novartis per accelerare lo sviluppo di vaccini antinfluenzali utilizzando questo approccio.
Essendo in grado di sintetizzare rapidamente il DNA, possiamo creare un nuovo vaccino seme per l'influenza in 24 ore o meno, afferma J. Craig Venter , fondatore e presidente dell'istituto. Ora ci vogliono diversi mesi per produrre un nuovo vaccino antinfluenzale.
Prima di ogni stagione influenzale, gli epidemiologi monitorano il virus dell'influenza in rapida evoluzione per un periodo di mesi e il Organizzazione mondiale della Sanità (OMS) fa un'ipotesi su quali tre ceppi hanno maggiori probabilità di diffondersi. L'OMS sviluppa quindi versioni indebolite di questi virus e queste scorte di semi vengono distribuite ai produttori di vaccini, che incubano il vaccino a virus indebolito nelle uova di gallina, un processo che richiede 35 giorni.
Ricercatori del J. Craig Venter Institute, guidati dal professore dell'istituto Daniel Gibson , hanno escogitato una tecnica per sintetizzare tratti di DNA nell'intervallo di dimensioni dei genomi virali. Con il giusto materiale di partenza, il processo può essere completato in poche ore.
Lavorando con una sequenza di DNA memorizzata in un file di computer, i ricercatori prima la dividono in pezzi sovrapposti che sono abbastanza piccoli da poter essere prodotti in modo economico e rapido da sostanze chimiche in bottiglia. Questo viene fatto usando una macchina standard chiamata sintetizzatore di DNA. Diversi tratti di DNA vengono quindi raggruppati con un mix di enzimi che li unisce in circa 15 minuti. I pezzi più lunghi vengono nuovamente raggruppati l'uno con l'altro e la stessa miscela di enzimi li unisce in una sequenza ordinata ancora più lunga. La chiave, dice Gibson, è stata trovare la giusta combinazione di tre enzimi per mettere insieme tutti i frammenti di DNA.
Questa primavera, il gruppo di Gibson ha utilizzato una tecnica più laboriosa per realizzare la prima cellula sintetica. Hanno modificato un genoma batterico sul computer, lo hanno sintetizzato con l'aiuto del lievito e poi lo hanno trapiantato in un'altra specie di batteri. L'uso del lievito per mettere insieme il genoma richiede un po' di tempo perché il lievito deve crescere durante la notte per ricucire i frammenti di DNA. Il lievito è ancora necessario per creare qualcosa delle dimensioni di un intero genoma batterico perché può funzionare con molto più DNA rispetto alle sostanze chimiche utilizzate nel nuovo metodo.
Per creare genomi più piccoli, compresi quelli dei vaccini, i ricercatori del Venter Institute non hanno bisogno del lievito. Se hanno già creato i pezzi iniziali più brevi di DNA, dice Gibson, possono mettere insieme un intero stock di semi di vaccino, o il genoma di un organello cellulare come i mitocondri, in un solo giorno. Questo è proprio quello che hanno fatto nel lavoro descritto in un articolo pubblicato questa settimana sulla rivista Metodi della natura .
Il mitocondrio è una parte vitale di tutte le cellule animali, svolge un ruolo importante nel metabolismo e possiede un proprio genoma. Le malattie mitocondriali possono portare a sordità, diabete, debolezza muscolare, difficoltà di apprendimento e molti altri problemi. Utilizzando il metodo di sintesi rapida del DNA per studiare i mitocondri, speriamo di vedere cosa causa questi problemi a livello genetico, e vedere se possiamo risolverli, dice Gibson.
Nei prossimi tre anni, Vaccini genomici sintetici collaborerà con Novartis per utilizzare questi metodi per produrre scorte di vaccini antinfluenzali. Novartis sta lavorando a un metodo di crescita del vaccino basato su cellule per sostituire le uova di gallina che vengono utilizzate oggi per coltivare i vaccini. Ciò eliminerebbe la necessità di adattare i virus per gli uccelli, il che aumenta il tempo e dovrebbe essere generalmente più veloce. L'approccio non è ancora stato approvato dalla Food and Drug Administration degli Stati Uniti, ma le sperimentazioni sono in corso.
Venter afferma che la tecnica di sintesi del DNA più rapida potrebbe anche consentire di tenere il passo con agenti patogeni in evoluzione ancora più rapida che cambiano troppo velocemente perché lo sviluppo di vaccini convenzionali possa tenere il passo. Ciò include HIV, malaria e rinovirus, una delle cause del comune raffreddore.