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Trapiantare un genoma
Dimentica reni e cuori: il pioniere della genomica J. Craig Venter ha guidato una procedura di trapianto molto più piccola. Scienziati al Istituto J. Craig Venter , nel Maryland, hanno trasferito un intero genoma da un batterio a un altro. Dicono che i risultati, descritti oggi sulla rivista Scienza , segnano un progresso significativo verso l'obiettivo di creare genomi sintetici. Venter e i suoi colleghi alla fine mirano a costruire genomi da zero e trapiantarli in cellule batteriche per creare microrganismi su misura che producano carburante.
Errore pionieristico: J. Craig Venter ha annunciato questa settimana che il suo istituto ha trapiantato un genoma batterico, trasformando una specie in un'altra. L'immagine in basso mostra le colonie del trasformato Mycoplasma mycoides batterio.
Questo documento è una pietra miliare nell'ingegneria biologica, ha affermato Barbara Jasny , Scienza 's vicedirettore, in una conferenza stampa mercoledì. Ci porta dalla capacità di spostare un gene o un insieme di geni alla capacità di spostare un genoma intatto.
Gli scienziati hanno iniziato con due specie di micoplasma, un tipo di batteri privo di pareti cellulari e con genomi molto piccoli. Hanno quindi isolato il DNA di una specie, a cui era stato dato un gene aggiuntivo per renderlo resistente a un antibiotico, e lo hanno trapiantato attraverso la membrana cellulare della seconda specie. Man mano che i batteri ospiti crescevano e si dividevano in presenza di questo antibiotico, le cellule che trasportavano i cromosomi originali scomparivano, lasciando solo le cellule contenenti il cromosoma trapiantato. La cosa più importante è che il batterio ospite ha assunto le caratteristiche molecolari del donatore. L'intero repertorio proteico cambia, ha affermato Venter durante la conferenza stampa.
Per il team di Venter, il trapianto di genoma è un passo verso l'ingegneria di macchine microbiche per produrre carburante in modo efficiente. I ricercatori stanno attualmente cercando di ricucire una versione sintetica del genoma di Micoplasma genitalium , un batterio trovato nel tratto genitale umano, che il gruppo di Venter studia da più di un decennio. Riorganizzando o eliminando pezzi specifici del genoma sintetico e inserendolo in un ospite batterico, gli scienziati dovrebbero essere in grado di capire quali geni sono fondamentali per il funzionamento dell'organismo, in sostanza, il genoma minimo. Questo genoma minimo potrebbe quindi essere modificato per trasportare geni che producono carburante e l'intera sequenza di DNA potrebbe essere trapiantata in un vettore batterico.
Oltre alla ricerca presso il suo istituto, Venter ha anche fondato una startup con sede nel Maryland chiamata Genomica sintetica . (Vedi Costruire un bug per raccogliere il petrolio.) L'azienda, che sta lavorando con BP, spera di commercializzare batteri per applicazioni energetiche.
Ma alcuni scienziati si chiedono se sia necessario un genoma minimo per progettare batteri utili. Non è chiaro il motivo per cui una cellula minima o una cellula ingegnerizzata mediante trapianto di genoma intero sarebbe più conveniente rispetto all'inserimento o alla modifica di alcuni geni in un genoma più robusto, afferma Chiesa di San Giorgio , un genetista della Harvard Medical School, a Boston. Sottolinea che sintetizzare anche il genoma più piccolo costerebbe circa 10 milioni di dollari con la tecnologia odierna. In effetti, altre aziende stanno armeggiando con i microbi esistenti per progettare fabbriche di combustibili biologici. (Vedi Un biocarburante migliore .)
Tuttavia, Venter ha affermato che il suo approccio eliminerebbe i tratti biologici intrinseci che rendono difficile l'ingegneria biologica estesa. Ad esempio, un processo metabolico non essenziale potrebbe risucchiare un precursore molecolare necessario per la produzione di carburante. Inoltre, ha affermato Venter, gli organismi esistenti hanno una rapida capacità di evolversi. Nella biologia sintetica, non vuoi un sistema che si evolverà da solo in qualcos'altro. Vogliamo eliminare quegli elementi dalla cella dall'inizio.
La tecnica del trasferimento genomico è simile al trasferimento nucleare, utilizzato per clonare la pecora Dolly, in cui il nucleo di una cellula adulta viene trasferito in un uovo. Ma far funzionare il processo nei batteri è stato più complicato. Gli scienziati ipotizzano che le proteine nucleari trasferite insieme al DNA durante il trasferimento nucleare possano aiutare il processo. I batteri non hanno un nucleo e in questo esperimento solo il DNA è stato trasferito nella cellula ospite. I ricercatori lo hanno fatto apposta per dimostrare che era necessario solo il DNA per riprogrammare con successo il batterio ospite, una proprietà che sarà necessaria quando gli scienziati saranno pronti a trapiantare genomi interamente sintetici.
Gli scienziati non comprendono appieno come ha funzionato il trasferimento del genoma, in particolare come è scomparso il genoma dell'ospite. E non è ancora chiaro quanto bene funzionerà la tecnica in altri batteri o in organismi più complessi. La maggior parte dei batteri ha un meccanismo di difesa che sminuzza qualsiasi DNA estraneo che entra nella cellula, quindi gli scienziati dovrebbero trovare un modo per bloccare gli enzimi che degradano il DNA in ogni specie diversa prima di poter trapiantare con successo genomi estranei al loro interno.