I cromosomi di design indicano nuove forme di vita sintetiche

Gli scienziati stanno tentando di creare cellule di lievito, mostrate sopra, con DNA completamente artificiale.

Un team internazionale di scienziati si sta avvicinando al suo obiettivo di sostituire tutto il materiale genetico in una cellula di lievito con DNA di design stampato in laboratorio. Lo sforzo di dotare il lievito di birra di cromosomi artificiali segna un passo avanti verso quella che secondo i biologi è la tecnologia per stampare forme di vita migliorate o completamente nuove in laboratorio.

Il progetto, soprannominato lievito sintetico 2.0, o Sc2.0 in breve, coinvolge circa 200 scienziati in 10 università. Come riportato oggi in Scienza , hanno faticosamente sostituito cinque dei 16 cromosomi del lievito con copie artificiali, che erano state progettate con modifiche che potrebbero renderle più adatte alla produzione di farmaci o biocarburanti.

Quello che stiamo facendo è essenzialmente accelerare l'evoluzione, afferma Jef Boeke del Langone Medical Center della New York University, che ha guidato il progetto in corso.

Combinate con il primo cromosoma di lievito sintetico, precedentemente creato dallo stesso team, le strutture costituiscono più di un terzo del genoma del lievito.

Il lavoro si basa sulla tecnologia per la produzione di filamenti di DNA in laboratorio. Boeke ha detto che il suo team ha acquistato DNA da fornitori commerciali, spendendo circa 10 centesimi per ogni lettera di DNA. A quel ritmo, coprire l'intero genoma del lievito costerebbe circa 1,25 milioni di dollari, ma l'intero costo dello sforzo, compresa la manodopera, è molto più alto.

Il progetto del lievito sintetico è alla base di uno sforzo molto più ambizioso chiamato Genome Project-Write , di cui anche Boeke fa parte. Mira a creare un genoma vegetale o animale completamente sintetico, possibilmente quello di un essere umano, sebbene non abbia ancora ottenuto i finanziamenti necessari. L'anno scorso questi piani hanno provocato forti critiche da parte di altri scienziati, i quali hanno affermato che un'impresa del genere non era realistica, avrebbe sollevato questioni etiche sugli esseri umani designer e non era stata completamente pensata.

Lo sforzo per creare forme di vita sintetiche si basa su idee dimostrate per la prima volta nel 2010 dai ricercatori del Istituto J.Craig Venter a Rockville, nel Maryland, che ha sostituito il genoma di un batterio chiamato Mycoplasma mycoides con una copia che hanno costruito in laboratorio.

Ma il lievito rappresenta una sfida più difficile. Gli organismi unicellulari contengono molto più DNA dei batteri, ed è attorcigliato in cromosomi, ciascuno contenente da diverse centinaia a migliaia di geni. I leader dello sforzo, tra cui Boeke e Joel Bader della Johns Hopkins University, stimano che entro due anni sostituiranno tutti i 16 cromosomi nel lievito con copie artificiali e creeranno anche un cromosoma 17 in più.

Per creare i cromosomi artificiali, gli scienziati di Sc2.0 hanno proceduto in modo graduale, sostituendo gradualmente frammenti di materiale genetico con filamenti di DNA sintetizzati dalla macchina e quindi controllando se il lievito rimane sano. Il loro lavoro, compresi i loro sforzi per il debug dei cromosomi ricostruiti, è descritto oggi in sette documenti di ricerca .

Sebbene Boeke e il suo team abbiano copiato principalmente la sequenza di DNA già presente nel lievito, l'hanno anche modificata in diversi modi, inclusa la rimozione dei geni spazzatura che non hanno alcuna funzione apparente e il trasferimento di ampi tratti di DNA da un cromosoma all'altro. Sorprendentemente, il lievito è cresciuto ancora normalmente, anche dopo cambiamenti significativi. Gli scienziati hanno anche aggiunto backdoor genetiche per creare lievito che sarà più facile da manipolare in futuro.

Daniel Gibson, uno scienziato della Synthetic Genomics di La Jolla, in California, ritiene che le tecniche utilizzate dal team del lievito non siano ancora sufficientemente avanzate per costruire un genoma umano artificiale. Per prima cosa, il DNA necessario costerebbe circa 300 milioni di dollari, secondo alcune stime. Ha anche minimizzato le preoccupazioni sui potenziali effetti ambientali degli organismi creati dall'uomo. Per ora, dice Gibson, lo scopo di questi organismi è che vengano coltivati ​​in un ambiente di laboratorio.

Un giorno, tuttavia, secondo alcuni ricercatori, i cromosomi umani di design potrebbero avere un ruolo nei trattamenti genici avanzati. Attualmente, le terapie geniche di solito comportano la sostituzione di un singolo gene nel corpo di una persona. Ma gli scienziati ritengono che un piccolo cromosoma artificiale potrebbe essere utilizzato per sostituire intere reti di geni difettosi.

Pamela Silver, una bioingegnere ad Harvard il cui laboratorio sta cercando di costruire un cromosoma umano artificiale, dice che spera che un giorno gli scienziati possano essere in grado di progettare e costruire facilmente cromosomi senza la necessità di un enorme team di ricercatori.

Ma quel giorno rimane lontano, dice: indipendentemente da ciò che sintetizzerai, avrai bisogno di un salto tecnologico per renderlo più veloce e migliore di quello che è oggi.

nascondere