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Sintetizzare un genoma da zero
In un tour de force tecnico, gli scienziati del Istituto J. Craig Venter , a Rockville, MD, hanno sintetizzato il genoma del batterio Micoplasma genitalium interamente da zero. L'impresa è un trampolino di lancio nella creazione di macchine microbiche progettate con precisione in grado di generare biocarburanti e svolgere altre funzioni utili.
Genomi sintetici: Qui è mostrato un pezzo circolare di DNA sintetizzato da zero, il primo genoma batterico creato in questo modo.
È davvero rivoluzionario che tu possa costruire sinteticamente un genoma per un batterio, dice Chris Voigt , un biologo sintetico dell'Università della California, San Francisco, che non era coinvolto nel progetto. È più grande di ordini di grandezza rispetto a quanto fatto prima.
I biologi che creano organismi geneticamente modificati ora ordinano regolarmente pezzi di DNA che sono lunghi da 10.000 a 20.000 paia di basi, abbastanza grandi da incorporare i geni per una singola via metabolica. Ciò consente ai ricercatori di progettare microbi in grado di svolgere compiti specifici, ma la capacità di sintetizzare interi genomi potrebbe garantire un livello completamente nuovo di controllo sulla progettazione biologica. (Vedi Batteri che uccidono i tumori.)
Nel nuovo studio, gli scienziati hanno ordinato 101 frammenti di DNA, che comprendono l'intero micoplasma genoma, da società commerciali di sintesi del DNA. Questi frammenti sono stati progettati in modo che ciascuno si sovrapponesse di una piccola quantità alla sequenza vicina; questi tratti sovrapposti si uniscono, grazie alle proprietà chimiche del DNA. I ricercatori hanno quindi legato i frammenti pezzo per pezzo, generando infine l'intera coppia di basi 582.970 micoplasma sequenza. I risultati sono stati pubblicati giovedì nel edizione online di Scienza .
Consideriamo questo un secondo e significativo passo in un processo in tre fasi del nostro tentativo di creare il primo organismo sintetico, afferma Craig Venter, presidente del Venter Institute. Venter e i suoi colleghi alla fine vogliono creare un genoma minimo, uno con il minor numero di geni necessari per sostenere la vita. L'individuazione del genoma minimo farà luce sui processi cellulari chiave e fornirà una base per la progettazione di sofisticati organismi sintetici. In definitiva, vogliamo progettare celle che possano funzionare in modo robusto per produrre biocarburanti unici, afferma Venter.
Il prossimo passo dei ricercatori sarà dimostrare che il genoma sintetico funziona come dovrebbe. Abbiamo l'intero genoma assemblato in un tubo, ma dobbiamo trapiantarlo nella cellula di una specie diversa per dimostrare che può riavviare la cellula, afferma Hamilton Smith, premio Nobel che ha supervisionato il progetto al Venter Institute. L'anno scorso, il gruppo di Smith ha trapiantato il genoma di una specie di micoplasma in un altro, dimostrando che questo tipo di trapianto è possibile. (Vedi Trapianto di un genoma.)
Sebbene la sintesi di un genoma possa essere impressionante da un punto di vista scientifico, non è ancora un modo pratico per ingegnerizzare i microbi per produrre biocarburanti. Invece, diverse società, tra cui Genomica sintetica , un'azienda biotecnologica fondata da Venter per progettare i microbi per produrre energia, utilizza tecniche di ingegneria metabolica più tradizionali per generare batteri che producono carburante. (Vedi Building Better Biofuels.) Quello che stiamo facendo con i cromosomi sintetici sarà il processo di progettazione per il futuro, afferma Venter.
Altri nel campo sono entusiasti di questa prospettiva. Essere in grado di sintetizzare i genomi apre un nuovo mondo, afferma Voigt. Puoi costruire cose sulla scala del genoma. Ad esempio, dice, gli scienziati stanno ora ingegnerizzando i batteri per eseguire diversi passaggi nella conversione della biomassa in etanolo: un ceppo per abbattere la biomassa, un altro per produrre etanolo. Ma idealmente, gli scienziati potrebbero mettere insieme questi processi per creare un organismo in grado di mangiare biomassa e sputare carburante. (Vedi The Prezzo di Biocarburanti .) Ciò richiederebbe una progettazione su scala genomica, afferma Voigt.
Egli paragona il progetto attuale, che ha richiesto più passaggi per incollare insieme i frammenti, agli ultimi computer progettati prima dell'introduzione delle tecniche di produzione automatizzata e microfabbricazione. Sono necessari progressi simili per progetti di sintesi del genoma più ambiziosi. Abbiamo ancora bisogno di sviluppare metodi di costruzione del genoma 'one step' per ridurre i costi e trasformare i tempi di costruzione del genoma, afferma Drew Endy, un biologo sintetico al MIT.