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Creazioni batteriche bizzarre
Chiunque abbia mai annusato E. coli i batteri sanno che hanno un cattivo odore. Putridamente male. Quindi, un gruppo di studenti bioingegneri del MIT ha deciso di addolcire l'odore di questo batterio comunemente usato in laboratorio. Il team ha costruito la sua creazione da una raccolta di parti biologiche, frammenti di DNA che, una volta inseriti negli organismi viventi, possono far brillare gli organismi, rilevare la luce ed eseguire una serie di altre funzioni insolite. Il team presenterà il suo insetto profumato questo fine settimana a la macchina geneticamente modificata internazionale concorso (iGEM) al MIT, insieme ad altri 37 gruppi di studenti provenienti da tutto il mondo.
I batteri di E. coli progettati per odorare come le banane mature sono solo uno dei dispositivi biologici progettati da presentare al concorso di biologia sintetica di questo fine settimana. (Credito: Istockphoto/Douglas Freer)
Sebbene i progetti siano eseguiti in gran parte da studenti universitari (con la guida di docenti e consulenti di studenti laureati), i progetti rappresentano alcune delle macchine di ingegneria biologica più complesse fino ad oggi e promettono di promuovere il campo della biologia sintetica, una disciplina emergente che vede i sistemi viventi da un punto di vista ingegneristico.
Il team del MIT, ad esempio, lancia stravaganti applicazioni per la sua tecnologia: fungo del piede fresco di menta o lievito di birra che odora di banana. Ma il suo vero obiettivo è la costruzione di parti biologiche funzionali. L'idea chiave qui è sviluppare una libreria di parti componibili che pensiamo allo stesso modo dei blocchi Lego, dice Tom Cavaliere, un ingegnere del MIT che ha cofondato la competizione con il bioingegnere del MIT Drew Endy . (Entrambi consigliano il team del MIT.) Queste parti possono essere assemblate in pezzi più complessi, che in molti casi sono funzionali quando inseriti nelle cellule viventi.
Per creare i batteri profumati, gli studenti hanno cercato diversi geni che convertono le sostanze chimiche prodotte naturalmente dai batteri in precursori chimici di composti aromatici, nonché geni che convertono i precursori negli stessi aromatici: salicilato di metile, comunemente noto come olio di wintergreen, e acetato di isoamile, un componente dell'odore di banana matura. I geni sono stati quindi collegati a controllori genetici, noti come promotori, che determinano quando e dove viene attivato quel gene. Un gene di una pianta, ad esempio, potrebbe essere controllato da un promotore di batteri.
I vari componenti del DNA, raccolti da colleghi scienziati e da un archivio genetico ospitato al MIT, sono stati quindi incorporati in una stringa circolare di DNA e inseriti nei batteri. Il risultato finale è un nuovo ceppo di E. coli che profuma di menta e banane. Il team ha anche eliminato il gene responsabile di E. coli puzza naturale.
Uno degli obiettivi più importanti del concorso è rifornire gli scaffali del Registro delle parti biologiche standard , una sorta di ferramenta di parti genetiche ospitata al MIT. L'idea è di standardizzare le parti e il modo in cui sono assemblate, allo stesso modo in cui sono standardizzate le parti elettriche e meccaniche, afferma Knight. E per essere in grado di dare alle persone una ragionevole certezza che le parti, una volta messe insieme, funzioneranno come sono state progettate. Nel corso del suo progetto, il team del MIT ha depositato circa una dozzina di parti appena realizzate nel registro per l'uso da parte di altri membri della comunità di biologia sintetica.
Man mano che il numero e la complessità delle parti crescono, sia gli studenti che gli scienziati dell'industria e del mondo accademico possono realizzare progetti sempre più complicati. Le macchine iscritte al concorso iGEM 2006 sono raddoppiate negli ultimi due anni, passando da circa 6.000 a 12.000 lettere di DNA. Questi [progetti] rappresentano i più grandi sistemi genetici progettati che siano mai stati sviluppati, afferma Chris Voigt , un bioingegnere dell'Università della California, San Francisco, che è consulente di uno dei team di studenti. Capire come spingere la dimensione e la complessità di questi sistemi è ciò che avrà un impatto.
Le iscrizioni al concorso di quest'anno provengono dall'Africa e dal Giappone e includeranno una serie di strane creazioni. Alcuni sono pratici, come un biosensore in grado di rilevare le concentrazioni di arsenico da utilizzare nei pozzi contaminati. Altri sono più stravaganti, come una luce notturna batterica che si illumina quando fa buio. La creazione più strana, forse, è la voce del Università di Friburgo , in Germania: una microscopica linea di abbigliamento basata sul DNA, battezzata Barbie Nanoatelier dal team.