Modifica del codice genetico dei batteri viventi

I ricercatori della Harvard Medical School hanno escogitato uno strumento trova e sostituisci per modificare il codice genetico dei batteri viventi. La tecnica offre un modo più potente per manipolare gli organismi viventi e potrebbe eventualmente essere utilizzata per creare microbi industriali più sicuri, più robusti e produrre nuovi tipi di farmaci e sostanze chimiche.

Anello del registratore: Le punte colorate attorno a questo anello rappresentano il numero di codoni che sono stati sostituiti in E.coli.

La maggior parte dei geni che compongono il codice genetico di un organismo sono essenzialmente piani di progettazione per la produzione di proteine. Ogni gene è costituito da un lungo filamento di molecole, chiamate nucleotidi. Tre di questi nucleotidi, un gruppo noto come codone, dicono a una cellula quali amminoacidi dovrebbe usare durante la costruzione di una proteina.

Le cellule possono utilizzare 22 amminoacidi naturali come elementi costitutivi per produrre proteine, ma i chimici hanno sintetizzato oltre un centinaio di cosiddetti amminoacidi non naturali in laboratorio utilizzando gli strumenti della chimica, non della biologia. Gli organismi naturali non possono produrre o costruire con queste sostanze chimiche. Gli organismi che potrebbero costruire proteine ​​usando questi amminoacidi aprirebbero nuove possibilità, in particolare nello sviluppo di farmaci. Ma le cellule normali mancano del codice genetico necessario per lavorare con questi amminoacidi innaturali.

Un team ad Harvard, guidato da Chiesa di San Giorgio , ha sviluppato uno strumento per modificare i geni che potrebbero cambiare questa situazione. Per rendere i microbi capaci di costruire proteine ​​che incorporano amminoacidi innaturali, i ricercatori devono essere in grado sia di modificare tutti alcuni codoni nel genoma, sia di manipolare il macchinario cellulare che legge quei codoni. Il nuovo strumento consente loro di fare la prima parte.

Church dice che spera di raggiungere tre obiettivi con l'approccio. Innanzitutto, vuole costruire batteri in grado di produrre nuovi farmaci e altre sostanze chimiche. In secondo luogo, vuole ingegnerizzare geneticamente batteri che non possono vivere al di fuori del laboratorio perché hanno bisogno di amminoacidi innaturali per sopravvivere, un'impresa che potrebbe prevenire il danno ambientale che potrebbe derivare da tali batteri che vengono liberati nel mondo. E terzo, vuole creare batteri immuni ai virus, poiché i virus possono causare problemi nella produzione industriale. Il modo per ottenere tutte queste cose è cambiare il [significato del] codice genetico del tuo organismo preferito, dice Church.

Giovedì, sul diario Scienza , il gruppo di Church ha descritto come ha cancellato tutte le 314 istanze di un particolare codone nel genoma dei viventi E. coli e li ha sostituiti con un altro codone. Il lavoro è stato co-diretto da Farren Isaacs , ora assistente professore di biologia molecolare alla Yale University. Il processo prevede l'esecuzione di modifiche genetiche su piccola scala in più ceppi di E. coli , quindi combinandoli.

Ricercatori presso il Istituto J. Craig Venter hanno precedentemente dimostrato un diverso modo di modificare un intero genoma. Questo è lo stesso gruppo che ha prodotto la prima cellula vivente sintetica l'anno scorso. Il gruppo Venter modifica il genoma su un computer, quindi sintetizza l'intera cosa utilizzando una combinazione di macchinari e cellule di lievito; successivamente, il genoma viene trapiantato in una cellula ricevente.

Il metodo di Church introduce cambiamenti nelle cellule viventi. Ritiene che il vantaggio di questo approccio sia che è possibile correggere gli errori man mano che si verificano sulla strada per apportare modifiche più grandi. Church spera che il suo ultimo lavoro convinca altri ricercatori del valore dell'ingegneria su scala genomica. Sia il suo metodo che quello sviluppato al Venter Institute prevedono l'uso di macchine sintetizzatrici del DNA per produrre grandi quantità di DNA da assorbire dalle cellule ingegnerizzate. La sintesi del DNA è ancora costosa. E il tempo impiegato in entrambe le tecniche, anche se si sta riducendo, è un'altra spesa. Dobbiamo ridurre i costi e pensare alla facilità d'uso, dice.

Produrre proteine ​​con componenti non naturali è così utile che i biologi lo fanno, anche se in modo inefficiente, da decenni, afferma David Tirrell , professore di ingegneria chimica al Caltech. Tirrell non è affiliato con il gruppo di Harvard.

Due società, Allozyme, a cui è associata Tirrell, e Ambrix, stanno entrambe producendo farmaci proteici che incorporano amminoacidi non naturali. In entrambi i casi, hanno ingegnerizzato batteri in grado di produrre proteine ​​che includono solo un amminoacido innaturale. Realizzare organismi in grado di utilizzare più di queste sostanze chimiche innaturali per produrre nuovi tipi di molecole aprirebbe nuove frontiere per i farmaci proteici, afferma. Le proteine ​​con componenti non naturali potrebbero anche essere in grado di attraversare le barriere del corpo che oggi non vengono facilmente violate, come la barriera emato-encefalica. Il gruppo di Church sta iniziando una collaborazione con Ambrix.

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