La vita sintetica cerca lavoro

Nell'edizione del 15 maggio 2014 della rivista Natura , il laboratorio di chimica di Floyd Romesberg presso lo Scripps Research Institute di San Diego ha pubblicato un articolo intitolato A Semi-Synthetic Organism with an Expanded Genetic Alphabet. Romesberg e i suoi colleghi avevano creato un batterio che incorporava elementi costitutivi chimici che, per quanto si sa, non hanno mai fatto parte di nessuna forma di vita terrena.

C'erano state precedenti pretese di creare la vita. Il pioniere del genoma Craig Venter ha guidato un team che ha prodotto un genoma per un germe che causa la polmonite nelle mucche, ma il loro sforzo ha utilizzato le basi chimiche familiari del DNA, conosciute con le lettere A, G, C e il gruppo di T. Romesberg, sull'altro mano, ha aggiunto due lettere aggiuntive, soprannominate X e Y. Quando i batteri hanno replicato con successo X e Y nelle generazioni successive, il laboratorio di Romesberg potrebbe affermare di aver creato il primo essere vivente con un codice genetico ampliato.

La gente chiedeva qual è il problema e io ho detto: 'Immagina di avere una lingua con solo quattro lettere', dice Romesberg. Sarebbe goffo e ridurrebbe davvero il tipo di storie che potresti raccontare. Quindi immagina altre due lettere. Ora potresti scrivere storie più interessanti.'

I nuovi farmaci sono la storia più ovvia che potrebbe essere raccontata con la tecnologia. Ha chiamato una start-up Synthorx , creato da Romesberg e dal fondo di rischio Avalon Ventures, afferma di aver sfruttato i batteri E. coli contenenti X e Y per aiutare a produrre una proteina, un passaggio che il presidente e CEO dell'azienda Court Turner descrive come il nostro cucciolo di unicorno. L'azienda non ha identificato la proteina, tranne per dire che è ben studiata e che le hanno aggiunto una nuova funzione, un modo in cui un altro farmaco si attacca alla proteina in un sito specifico.

La tecnologia potrebbe anche aprire la strada a nuovi farmaci biotecnologici. Quasi tutti questi farmaci, proteine ​​come l'insulina o l'eritropoietina che stimola le cellule del sangue, sono prodotti all'interno di un batterio o di un'altra cellula. Ma il DNA sintetico potrebbe ampliare notevolmente i farmaci possibili. Questo perché una cellula normale costruisce proteine ​​da soli 20 aminoacidi, legandole insieme in lunghe catene. Esattamente quale aminoacido viene aggiunto dopo è specificato da sequenze di tre lettere di DNA, chiamate codoni.

Sebbene la matematica si complica, con l'aggiunta delle nuove basi X (nome chimico d5SICS) e Y (nome chimico dNaM), Romesberg ha approssimativamente triplicato il numero di codoni possibili e teoricamente aumentato a 172 il numero di diversi amminoacidi che una cellula potrebbe costruire una proteina da (vedi questo grafico esplicativo ).

Gli scienziati di Synthorx lavorano su un sistema per produrre proteine ​​utilizzando DNA parzialmente sintetico.

Questo è importante perché gli scienziati hanno inventato migliaia di aminoacidi artificiali. Semplicemente non è stato molto facile ricavarne le proteine. A differenza dei farmaci convenzionali, dove i chimici esercitano un controllo squisito sulla posizione di ogni atomo, con le proteine ​​per lo più hanno ancora bisogno di un essere vivente per produrre per loro. Quando si arriva alle proteine ​​intere, i chimici perdono davvero la capacità. Le molecole proteiche sono troppo complesse, troppo grandi, afferma Peter Schultz, un biologo di Scripps. (Romesberg si è formato nel laboratorio di Schultz.)

Alla fine, potrebbero esserci batteri che producono proteine ​​completamente nuove. Per fare affari da un miliardo di dollari, sì, abbiamo bisogno di una proteina, dice Romesberg. L'home run è la capacità di produrre proteine ​​terapeutiche contenenti aminoacidi innaturali.

Il risultato di Synthorx è un po' inferiore a quello. Ha prodotto la sua prima proteina rompendo il suo E. coli e usando i loro geni innaturali per creare una nuova molecola proteica in una reazione in provetta. Turner pensa che il sistema potrebbe interessare le compagnie farmaceutiche che potrebbero usarlo per generare idee per nuovi farmaci. Potresti produrre un milione di proteine ​​con aminoacidi innaturali, dice.

Gli organismi sintetici potrebbero portare ad altri tipi di prodotti, compresi i nuovi vaccini. Potrebbe essere possibile, ad esempio, creare un batterio della tubercolosi con un DNA innaturale al suo interno. Sarebbe un vero germe vivente. Ma senza alcuna materia prima per copiare i suoi geni (cioè nessuna fonte esterna delle sostanze chimiche X e Y) potresti darlo a una persona senza preoccuparti che la farebbe ammalare. Se fosse TB, ma anche benigno, sarebbe il vaccino perfetto, dice Schultz.

Court Turner, a sinistra, CEO di Synthorx, esamina i risultati di un esperimento di biologia sintetica.

Le forme di vita sintetiche hanno implicazioni ben oltre i nuovi prodotti. Romesberg e Schultz fanno parte di un gruppo di scienziati che si sono posti la domanda fondamentale se la vita possa essersi evoluta in modi diversi da quelli che conosciamo. La vita su Marte avrà una quinta e una sesta base? Si chiede Steven Benner, un biologo sintetico e fondatore della Foundation for Applied Molecular Evolution a Gainesville, in Florida. Benner, che lavora con la NASA cercando di trovare la vita su altri pianeti, suggerisce che la biologia sintetica potrebbe anche migliorare la capacità di rilevare nuove forme di vita terrene. Forse esistono sulla terra, ma semplicemente non sappiamo cosa cercare, dice. Ti costringe a porre domande senza copione per sfidare le tue ipotesi fondamentali fondamentali.

Synthorx non è l'unica startup che cerca di espandere il codice della vita per motivi commerciali. Ambrx, un'altra compagnia di San Diego , utilizza aminoacidi innaturali in collaborazione con importanti case farmaceutiche come Eli Lilly e Merck. E lo scorso gennaio, lo scienziato dell'Università di Harvard George Church e il suo ex studente, Farren Isaacs, di Yale, hanno tenuto una conferenza stampa per annunciare una loro svolta. Isaacs e Church hanno descritto come, in esperimenti separati, hanno creato quello che hanno chiamato un organismo genomicamente riordinato, o GRO. Non avevano cambiato le lettere del DNA, ma avevano dirottato alcuni codoni per far loro usare amminoacidi artificiali.

Church e Isaacs hanno recentemente annunciato di aver formato una società con sede a Boston, itEvolv , per fornire tali GRO per l'uso da parte dell'industria, ad esempio, per ripulire le fuoriuscite di petrolio o persino per produrre formaggio. Durante una conferenza telefonica di gennaio con i giornalisti, la Chiesa ha dichiarato che puntiamo a modificare le cellule vegetali e animali, e forse piante e animali.

Una potenziale obiezione alla tecnologia è già evidente: nessuno sa bene cosa farebbero queste nuove forme di vita se rilasciate in natura. L'E. coli di Romesberg dipende da una fonte esterna di X e Y per rimanere in vita. Allo stesso modo, Church sostiene che i suoi GRO sono sicuri perché dipendono da aminoacidi innaturali che vengono forniti solo in laboratorio. Trattienili e i batteri muoiono.

Questo tipo di kill switch ha lo scopo di calmare chiunque si chieda cosa succede se i batteri scappano. Ma non è infallibile. Sia Romesberg che Church hanno riferito che una minuscola frazione dei batteri è riuscita a far scivolare le manette genetiche attraverso la mutazione. Ciò significa che se venissero rilasciati al di fuori del laboratorio, un organismo artificiale potrebbe in qualche modo recuperare una sostanza chimica sostitutiva dall'ambiente per sostituire quella critica alimentata nei laboratori. Oppure potrebbe scambiare geni con altri organismi in cui si imbatte al di fuori di un piatto di laboratorio. Un tale evento potrebbe consentire ai germi modificati di vivere e riprodursi.

Schultz pensa che ci saranno usi medici degli organismi sintetici molto prima che vengano rilasciati nell'ambiente per mangiare olio o fare formaggio. E una volta che la biologia sintetica porterà a un nuovo farmaco o vaccino, pensa, ci abitueremo all'idea di inventare la vita per il nostro bene. Bisogna scegliere le applicazioni più a breve termine di questa tecnologia per mostrare cosa può davvero fare per il bene dell'umanità, dice Schultz. Penso che la medicina sia un'area di applicazioni abbastanza ovvie.

Questa versione originale di questo articolo affermava erroneamente che la tubercolosi è causata da un virus. È causato da un batterio.

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