211service.com
Un passo verso le cellule artificiali, costruite dal silicio
In un passo verso sofisticate cellule artificiali, gli scienziati hanno progettato un chip di silicio in grado di produrre proteine dal DNA, la funzione più basilare della vita.
Il sistema, sebbene relativamente semplice, suggerisce un percorso per imitare la vita con componenti parzialmente fabbricati, afferma Roy Bar-Ziv , uno scienziato dei materiali presso il Weizmann Institute of Science in Israele, che sta conducendo il lavoro.
Le cellule creano costantemente proteine da istruzioni codificate in sequenze di DNA. La quantità di ciascuna proteina prodotta è controllata da altri geni, spesso in complicati circuiti di feedback. Bar-Ziv chiama il suo cell-on-a-chip un nuovo sistema che ci permette di esaminare come i geni vengono attivati e disattivati al di fuori della cellula vivente.
I chip sono stati creati utilizzando una tecnica sviluppata dal laboratorio di Bar-Ziv diversi anni fa per ancorare il DNA al silicio rivestendo prima la superficie con una sostanza chimica attivata dalla luce. Hanno usato schemi di luce per creare punti in cui il DNA si lega e si assembla in fasci simili a spazzolini da denti. Ogni spazzola del DNA era confinata in un piccolo scomparto rotondo. Questi compartimenti erano uniti da uno stretto capillare largo 20 micrometri a un canale più grande, che trasportava un flusso di estratti liquidi da cellule batteriche, tutti gli ingredienti necessari per sintetizzare le proteine dalle spazzole del DNA.
Il sistema, descritto in a Scienza paper in agosto di Bar-Ziv, insieme ai suoi studenti Eyal Karzbrun e Alexandra Tayar, e Vincent Noireaux dell'Università del Minnesota, ha permesso ai ricercatori di creare una semplice rete di geni interagenti.
Una semplice cellula artificiale ha camere circolari incise nel silicio. Questi contengono DNA e sono collegati da canali microfluidici a un bagno di enzimi cellulari.
Gli scienziati possono già sintetizzare facilmente le proteine dal DNA in una provetta, ma quelle reazioni alla fine svaniscono quando le proteine si accumulano e la sintesi rallenta. Ciò ha reso difficile creare circuiti genetici funzionanti - reti di interazione di geni e proteine - al di fuori delle cellule. Bar-Ziv afferma che il suo chip risolve il problema eliminando i rifiuti. Inoltre, modificando la lunghezza dei canali che conducono a ciascun compartimento del DNA, è stato in grado di controllare la velocità con cui le proteine in esso prodotte si sono diffuse ad altre aree del chip, influenzando altre reazioni. Se vuoi ricostituire la natura dinamica dei geni che vanno su e giù, devi avere un meccanismo per degradare ciò che produci, afferma Bar-Ziv.
Altri biologi sintetici, così chiamati perché cercano di creare circuiti genetici nuovi e ingegnerizzati, hanno anche iniziato a installare i loro programmi sul DNA al di fuori degli esseri viventi, come su fogli di carta, con l'obiettivo di creare nuovi tipi di test diagnostici (vedi Sintetico I biologi creano una diagnostica su carta per l'ebola).
Allo stesso modo, il chip di Bar-Ziv potrebbe eventualmente portare ad applicazioni nella diagnostica, nel rilevamento ambientale o nello screening dei farmaci, con la svolta che potrebbe mantenere le reazioni in corso per un tempo più lungo. Gli scienziati affermano che i chip potrebbero essere utilizzati per testare nuovi costrutti genetici prima che vengano inseriti nelle cellule reali, come i batteri. Se posso prototipare rapidamente questi progetti al di fuori delle celle e quindi selezionare solo i pochi migliori da inserire nelle celle, potrebbe accelerare il processo, afferma Timoteo Lu , un biologo sintetico al MIT.
Il passo successivo, afferma Bar-Ziv, è creare modelli più complessi e reti più grandi. Spera di poter controllare centinaia di geni diversi in migliaia di cellule artificiali contemporaneamente, consentendo loro di comunicare e influenzarsi a vicenda, non diversamente da un organismo vivente. È ancora lontano, ammette. Il passaggio da un transistor a miliardi non è avvenuto in un giorno, dice.