Domande etiche incombono sugli sforzi per creare un genoma umano da zero

Il più grande beneficiario di un piano per fabbricare un genoma umano da zero potrebbe essere una startup del Massachusetts chiamata Gen9 che ha stretti legami con gli autori della proposta ancora segreta.

Due settimane fa, più di 130 scienziati, esperti di etica e funzionari di finanziamento del governo incontrati a porte chiuse all'Università di Harvard per discutere di un seguito al Progetto Genoma Umano, uno che scriverebbe un genoma piuttosto che leggerlo. L'evento, chiamato HGP Write, aveva lo scopo di suscitare interesse attorno all'idea di sintetizzare tutti i sei miliardi di lettere di DNA di un genoma umano e utilizzare i risultati per avviare una cellula.

Quel grande obiettivo richiederà nuove tecnologie e tanto, tanto DNA. Saremo una delle aziende che renderà possibile tutto questo, afferma Kevin Munnelly, CEO di Gen9, che è stata avviata nel 2009 per produrre filamenti di DNA e i cui fondatori includono George Church, il genetista visionario della Harvard Medical School presso il centro dei piani di scrittura del genoma. Non credo che nessuno possa creare tutto il DNA possibile con sei tecnici in 15.000 piedi quadrati. Costruire un genoma umano, dicono gli analisti , richiederebbe tre volte il numero di geni artificiali attualmente prodotti a livello globale ogni anno e richiederebbe almeno 90 milioni di dollari di DNA.

Un robot sposta i fluidi nel laboratorio di Gen9 a Cambridge, nel Massachusetts. La startup produce DNA per le aziende biotecnologiche.

Un visitatore che entra nella struttura di Cambridge della Gen9 si trova immediatamente di fronte a un poster a grandezza naturale della Chiesa sopra una citazione che dice: Il modo migliore per predire il futuro è cambiarlo. Questo è più o meno ciò per cui è stato creato Gen9. Commercializzando la tecnologia per rendere il DNA più economico, ha detto Church, spera di fare per la biologia ciò che Intel ha fatto per l'elettronica.

Attualmente, sono principalmente le aziende farmaceutiche e i giganti dell'agricoltura come Syngenta a ordinare sequenze genetiche precise e fatte su ordinazione. Sono usati per modificare geneticamente piante o batteri per scopi che includono la produzione di farmaci come l'insulina umana. Ma questi filamenti di As, G, C e T genetici sono in genere lunghi solo un migliaio di lettere.

Vuoi un microorganismo che mangi anidride carbonica e produca carburante? Un giorno potresti essere in grado di puntare e fare clic e riceverne uno consegnato.

Modi migliori ed economici di scrivere il DNA potrebbero rendere possibile la stampa di interi genomi. Vuoi un microorganismo che mangi anidride carbonica e produca carburante? Un giorno potresti essere in grado di puntare e fare clic e riceverne uno consegnato. Oltre a Church, gli altri fondatori scientifici dell'azienda (che hanno i loro ritratti a grandezza naturale) sono l'ingegnere Joe Jacobson del MIT e il biologo sintetico Drew Endy della Stanford University. Gen9 è il loro bambino. Questa è la loro idea. Questo è ciò che volevano fare da molto tempo, dice Munnelly dei tre fondatori. Il principio fondante è quello di promulgare la biologia sintetica rendendola più facile da adottare.

Grazie in parte alle innovazioni della Gen9, la fabbricazione del DNA su larga scala si sta avvicinando. Nel 2001, costava $ 12 per ogni coppia in più di lettere di DNA fissate chimicamente su un gene in un laboratorio. Ma i prezzi sono scesi costantemente. A marzo, la Gen9 ha iniziato a offrire prezzi a partire da appena tre centesimi al paio .

La velocità con cui il prezzo del DNA sta diminuendo è paragonabile al costante miglioramento visto nei computer secondo la legge di Moore, la regola pratica che la potenza di elaborazione raddoppia ogni due anni. Tuttavia, sono necessari progressi radicalmente più rapidi se il costo della scrittura di un genoma umano deve mai eguagliare il prezzo della lettura di uno, che è sceso a soli $ 1.000 grazie a una serie di grandi miglioramenti nelle tecniche di sequenziamento. Al ritmo di oggi, ciò non accadrebbe fino al 2066. È troppo lungo per la Chiesa dalla barba grigia, il che aiuta a spiegare i suoi sforzi fanatici che si autodefiniscono per migliorare la tecnologia.

Ma il calo dei prezzi pone anche un dilemma economico se la domanda di DNA non aumenta rapidamente. Guidandomi attraverso uffici dotati di mobili per ufficio datati, Munnelly dice che gran parte della capacità dell'azienda rimane inattiva. In effetti, una società precedente, Codon Devices, ha chiuso i battenti dopo aver venduto DNA a un prezzo così basso da perdere denaro.

Incontro segreto

Ecco perché un progetto ambizioso, possibilmente sostenuto dal governo, per creare un genoma umano potrebbe aiutare. Creerebbe una maggiore domanda di DNA e incoraggerebbe le tecnologie ancora da inventare che saranno necessarie per modellare quel DNA in complessi cromosomi umani. Questo aprirà gli occhi di molte persone su ciò che il mercato può o non può fare, afferma Munnelly. Penso che quelle tecnologie potrebbero ottenere un grande impulso se un progetto come questo fosse annunciato.

Molto probabilmente una proposta che delinea le ragioni per sintetizzare un genoma è stata presentata a una rivista Scienza , da Church e molti altri. La pubblicazione in sospeso, dice Church, è stata la ragione del tentativo di mantenere privata la riunione di HGP Write e impedire alla stampa di riferire su di essa.

Quella decisione, tuttavia, è stata oggetto di aspre critiche da parte del cofondatore della Gen9 Endy, che ha esposto il procedimento in a tweet critico . Anche se Endy possiede azioni della società e concorda fermamente sulla necessità di migliori strumenti di costruzione del DNA, ha scritto un editoriale chiedersi se un enorme gesto morale come la creazione di un genoma umano sia un driver appropriato per la domanda di metodi DNA più economici. Ha suggerito che gli scienziati si concentrino invece sulla stampa di cromosomi batterici.

Una preoccupazione è che la creazione di un genoma umano potrebbe avere pesanti implicazioni religiose ed etiche. Sebbene la prospettiva rimanga remota, in teoria le persone potrebbero essere progettate su computer e nate senza genitori. Altri critici hanno affermato che gli organizzatori hanno svolto un lavoro inadeguato nello stabilire i loro legami con le startup. Quelle società avrebbero un'opportunità di profitto molto ampia; ne trarranno enormi benefici, afferma Peter Carr, un biologo sintetico presso il Lincoln Lab del MIT.

La Gen9 ha già venduto grandi quantità di DNA scontato ai coautori della prossima proposta, incluso Jef Boeke, ricercatore presso la NYU School of Medicine di New York. Boeke guida un consorzio internazionale che ora sta cercando di sostituire i cromosomi di una cellula di lievito con quelli artificiali. Da parte sua, il laboratorio della Chiesa nel campus della facoltà di medicina di Harvard ha ordinato milioni di lettere del DNA nel tentativo di rivedere il codice genetico di E. coli , lavoro anch'esso in attesa di pubblicazione.

Un terzo organizzatore di HGP Write, Andrew Hessel, è un futurista presso Autodesk, una società di software CAD che i partecipanti hanno affermato di aver pagato per la riunione di Harvard. L'azienda, che ha distribuito finanziamenti ai laboratori di biologia sintetica e sta sviluppando software per la progettazione biologica, collabora anche con Gen9 e ne ottiene il DNA. Sono all'altezza degli accordi di riservatezza con Autodesk, afferma Munnelly.

Rinascimento del DNA

Anche senza un mega-progetto, la possibilità che la sintesi del DNA diventi una nuova grande industria ha allettato gli investitori. Una società californiana, Twist Bioscienza , ha raccolto oltre 140 milioni di dollari negli ultimi 18 mesi. Church dice di essere anche azionista di quella società.

Gen9 e Twist hanno aperto la strada adottando tecniche dell'industria dei computer per produrre in serie miliardi di brevi frammenti di DNA. Twist, ad esempio, li realizza in minuscoli pozzetti microlavorati su un chip di silicio. Gen9 si basa su un processo di microstampa di filamenti di DNA su vetrini. Questi vengono tagliati e combinati per formare geni lunghi fino a 10.000 lettere.

L'automazione ha causato un rapido calo del prezzo del DNA. Ad aprile, la Gen9 ha iniziato a vendere grandi ordini di DNA per $ 0,03 per coppia di lettere genetiche.

I nuovi metodi di produzione di massa stanno sostituendo un modo più vecchio e più costoso di produrre geni, sviluppato per la prima volta negli anni '70. L'industria della sintesi sta vivendo una rinascita in questo momento, ed è molto eccitante, afferma Jason Kelly, cofondatore di Ginkgo Bioworks, che quest'anno ha ordinato circa 100.000 geni da Twist, il più grande acquisto del suo genere.

Ginkgo è alla ricerca di nuovi modi per produrre preziose fragranze e altre sostanze chimiche. Per fare ciò, ha bisogno di copie di geni vegetali che può inserire nelle cellule di lievito per testarle, spesso provando migliaia di variazioni. Ecco perché il prezzo del DNA è ancora un problema, dice. Immagina quei programmatori di computer, con cui lavorano uno sabbia 0 s, hanno dovuto pagare 10 centesimi ogni volta che hanno inviato un'istruzione. Ciò limiterebbe il numero di programmi che proverebbero. Quello di cui abbiamo veramente bisogno è la capacità di produrre molti, molti più geni individuali a buon mercato, dice Kelly. Questo è il punto dolente; è quello che vogliono tutti.

Ciò che è meno chiaro è il motivo per cui qualcuno vorrebbe un intero genoma sintetico. Qualsiasi progetto di genoma umano sintetico richiederà molti anni, se non decenni, e qualsiasi ritorno commerciale è molto lontano nel futuro, afferma Rob Carlson , un consulente che studia il settore. Senza un motivo economico, non è sicuro che scrivere genomi diventerà presto accessibile. L'uso commerciale della biotecnologia del DNA sintetico non fornirà mai e poi mai una domanda sufficiente per aumentare la produzione per costruire molti genomi umani sintetici', afferma.

Church pensa che quel punto di vista possa mancare il bersaglio. Le persone sono bloccate in una carreggiata nello stesso modo in cui eravamo bloccati in una carreggiata pensando ai computer negli anni '60, dice. Chiederesti alle persone se ne vogliono uno e loro direbbero 'Cos'è un computer?' Riempie un'intera stanza e non fa nulla. Non potevano immaginare che i transistor avrebbero portato ad applicazioni killer come Angry Birds o Facebook.

Church dice che gli ingegneri sanno dalla natura che c'è un ampio margine di miglioramento. Mentre i chimici impiegano tre minuti per estendere il DNA di una singola lettera, le molecole all'interno delle cellule scrivono il DNA a 1.000 lettere al secondo. Una cellula umana che si divide crea un nuovo genoma in 24 ore, praticamente gratuitamente.

C'è un percorso di crescita qui, dice Church. Con ogni nuova innovazione ci avviciniamo.

nascondere