Batteri trasformati in fabbriche di insulina

Se si pensa ai batteri alleati, nell’immaginario comune, il primo pensiero si rivolge ai famosi fermenti lattici, oppure ad uno dei moltissimi altri batteri nostri simbionti, tanto della flora intestinale che di quella orale, respiratoria, vaginale, e chi più ne ha più ne metta.2016-04-13-crean-cc3a9lulas-capaces-de-producir-insulina-y-controlar-la-glucosa

Eppure i batteri non sono grandissimi alleati solo all’interno del nostro organismo, ma anche per quanto riguarda la ricerca: a loro appartengono i primissimi genomi sequenziati, su di loro sono stati studiati e capiti i meccanismi molecolari di base della biologia come la replicazione del DNA (cioè quando il DNA viene copiato), la trascrizione (quando il DNA viene letto), la traduzione (quando dal DNA letto si produce quello che c’è effettivamente scritto, le proteine) ed ancora l’apoptosi (o suicidio cellulare, o morte cellulare programmata) e un’infinità di altri processi.

Ma non basta, i batteri arrivano addirittura a salvarci la vita, e sebbene non sia quel che si dice una libera scelta, lo fanno però in maniera assolutamente impeccabile: stiamo parlando della produzione di proteine ricombinanti in colture batteriche.

piastre petri
piastre petri

Un esempio di questa tecnica, che risale agli anni ’70 del 1900 ma continua ad essere perfezionata e sfruttata ampiamente ancora oggi, è l’insulina.

L’insulina è la molecola chiave del dopo-mangiato, un composto che entra in circolo dopo i pasti e che sollecita le nostre cellule a raccogliere il glucosio in circolo nel sangue e a metabolizzarlo. Nel diabete giovanile o di tipo I le cellule beta del pancreas, che fisiologicamente produrrebbero l’insulina, vengono distrutte dal nostro sistema immunitario, causando un deficit di insulina i diabetici, che li priva di un fondamentale meccanismo di controllo sulla glicemia (il tasso che misura la concentrazione di glucosio nel sangue). Senza insulina il glucosio non viene raccolto dalle cellule né metabolizzato, ma rimane in circolo causando un’iperglicemia, che può portare alla morte.

Questa categoria di diabetici ha bisogno di una dose di insulina dopo ogni pasto, una quantità notevole, che fino a qualche anno fa si otteneva per purificazione dai maiali. Questo procedimento non era però privo di difficoltà: ogni malato richiedeva il sacrificio di molti animali all’anno ed inoltre, dopo un certo periodo di assunzione, l’insulina porcina causava reazioni allergiche nei soggetti per via di alcuni singoli amminoacidi che cambiano dall’uomo al maiale.

Oggi l’insulina viene prodotta in colture batteriche, viene chiamata insulina ricombinante, ed è in tutto e per tutto uguale alla nostra insulina poiché il gene che la codifica è proprio il nostro gene. Per di più il costo di produzione è notevolmente più basso, perché si tratta di mantenere delle cellule, che “mangiano” di gran lunga meno di un maiale, ed inoltre le tempistiche sono significativamente più brevi.

Ricostruzione al computer di una cellula e di una molecola di DNA libera in ambiente extra-citoplasmatico
Ricostruzione al computer di una cellula e di una molecola di DNA libera in ambiente extra-citoplasmatico

L’insulina è solo uno dei tanti esempi di proteine ricombinanti prodotte in sistemi batterici, ed ora che ne abbiamo capito l’importanza vediamo in che modo è possibile ottenere un risultato di questo tipo.

Prima di tutto vengono creati in laboratorio dei vettori plasmidici, vale a dire delle catene circolari di DNA, che contengono il gene della proteina che vogliamo sintetizzare, in questo caso il gene umano dell’insulina.

Questi plasmidi vengono inseriti nei batteri grazie ad un sistema molto semplice ed efficace: si creano delle crepe nelle membrane batteriche tramite uno shock termico causato dal passaggio da 37°C a 4°C. Si versano i plasmidi sopra i batteri bucati, in questo modo una buona parte entra nelle cellule attraverso le fessure. A questo punto i batteri vengono rimessi a 37°C, le membrane si ri-chiudono, ed i plasmidi vengono intrappolati al loro interno.

piastre petri
piastre petri

Oltre alla sequenza del gene che ci interessa i plasmidi contengono anche tutta una serie di elementi che li “mascherano” da geni batterici, per cui il batterio, quando li trova al proprio interno, crede che facciano parte del suo corredo genetico, e prima li duplica (amplificazione, questo passaggio che il batterio fa di sua spontanea volontà ci permette di avere da pochi plasmidi a migliaia per ogni singola cellula), quindi li legge e li traduce, producendo così la proteina di interesse, in questo caso l’insulina.

Contando che in una singola coltura batterica sono presenti centinaia di migliaia di cellule, la maggior parte delle quali catturerà, duplicherà, leggerà e tradurrà ogni singolo plasmide, la quantità di prodotto finale sarà veramente notevole.

I batteri, insomma, sono più che alleati: sono microrganismi fondamentali su cui si basa, e per anni si è basata quasi esclusivamente, la nostra ricerca.

Fonti: facoltà di Biotecnologie e Scienze Mediche per la salute, Università di Torino

Laura Tasca

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