Batteri semi-sintetici, la loro costruzione e il loro uso per produrre nuove proteine

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Creare organismi sintetici, usare le conoscenze apprese nel corso della storia ed usare la scienza per risolvere problemi genetici e per la produzione di farmaci è sempre stato il sogno della maggior parte degli scienziati. La ricerca nell’ultimo ventennio ha fatto passi da gigante nell’ambito della biotecnologia ed ingegneria genetica. Ma è quasi fantascienza pensare di poter creare la vita sintetica. Eppure oggi, sembra essere possibile grazie ad uno studio realizzato in California. Ma prima di partire con lo studio vero e proprio partiamo con una semplice domanda.

Cos’è un organismo semi-sintetico ?

Un organismo modificato con metodologie artificiali in grado da solo di replicarsi, fare la traduzione, la sintesi proteica e produrre delle proteine. Quindi un qualcosa creato e modificato dall’ uomo che sia in grado di eseguire determinate azioni con le opportune modificazioni. Sembra quasi fantascienza, eppure porterebbe degli enormi vantaggi, come la produzione di molecole che possono curare determinate malattie, oppure potrebbe essere impiegato nelle scienze di base per studiare determinati meccanismi ancora non conosciuti. E’ un metodo quindi che potrebbe solo migliorare le nostre conoscenze e che quindi potrebbe apportare solo vantaggi.

Quale organismo è stato usato? E com’è stato possibile?

L’organismo che è stato usato per questo tipo di esperimento è stato Escherichia coli. Per la sua facilità di manipolazione è stato scelto ancora una volta questo gram negativo già famoso per il suo uso in svariati studi cruciali per le scienze di base. Floyd Romesberg con il suo team di ricerca ubicato in California nell’Institute La Jolla, lavora da anni, a partire dalla fine degli anni 90 a questa ricerca. Lo scopo è stato modificare artificialmente il DNA del batterio e renderlo capace di replicarsi. Come si sa il DNA è formato da nucleotidi formato da 4 basi azotate quali adenina, citosina, guanina e timina. I due filamenti nucleotidici formano la doppia elica dell’acido nucleico grazie all’accoppiamento dei nucleotidi. Le basi azotate si legano adenina con timina e citosina con la guanina. Il punto iniziale della ricerca è stato quello d’individuare nuove basi azotate in grado di creare proteine che non sono mai esistite.

Nel 2008 sono state scoperte 2 molecole nucleotidiche capaci di legarsi a nucleotidi naturali con la conseguenza che era possibile la replicazione della stessa in presenza degli enzimi opportuni. All’ epoca però lo studio aveva dato i suoi frutti solo in vitro, mentre si voleva testare il tutto su un organismo vivente. Nel 2014 c’è stata una svolta importante. Il gruppo di ricerca è partito da un plasmide (molecola di DNA circolare) e l’ha modificato inserendo una coppia di nuovi nucleotidi denominati d5SICS e dNaM. Questo così capacitato è stato poi inserito nel batterio Escherichia coli. I ricercatori però si sono trovati in difficoltà per un semplice motivo. I due nucleotidi esogeni non erano disponibili nella cellula. Dovevano essere prodotti da 2 nucleosidi trifosfati, ma essendo stati inseriti artificialmente, non era presente nel batterio alcun enzima che li producesse per poter così avere un organismo autonomo con una produzione continua di questi nucleotidi. Il limite quindi era che non era possibile ottenere una replicazione del DNA di queste basi non naturali e quindi i ricercatori li dovevano fornire artificialmente. La soluzione è stata trovata nel 2014 trasferendo una molecola transporter  in grado di trasferire i nucleotidi dall’ esterno all’interno delle cellule batteriche.  Dopo l’apporto di questa modifica si è visto che il plasmide era capace d’integrare nuovi nucleotidi e di replicarsi senza problemi con un’alta efficienza. In più non impediva la crescita del batterio e i nucleotidi sintetici non venivano eliminati a causa di meccanismi di riparazione. Il gruppo doveva solo testare le nuove capacità del DNA semisintetico nella trascrizione e nella sintesi proteica in un secondo momento. Infatti nel 2017 arriva la vera svolta, il batterio e la molecola sintetica è stato in grado di effettuare traduzione e conseguente sintesi proteica, producendo così proteine nuove con amminoacidi naturali e non naturali.

La scoperta non è fine a se stessa ma ha delle potenzialità, ossia getta le basi per lo sviluppo di nuovi farmaci, materiali plastici, sviluppo di nuove terapie.

Fonti:

Nature

Le scienze

 

Maria Luisa Cirillo, dottoressa in biologia con una grande passione per tutto ciò che è scienza. Aspirante docente, ha una vocazione per la divulgazione scientifica attribuendo ad essa una grandissima importanza. Ha esperienza nel campo delle produzioni alimentari e sicurezza alimentare, in laboratori di microbiologia e di citologia-istologia.

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Maria Luisa Cirillo, dottoressa in biologia con una grande passione per tutto ciò che è scienza. Aspirante docente, ha una vocazione per la divulgazione scientifica attribuendo ad essa una grandissima importanza. Ha esperienza nel campo delle produzioni alimentari e sicurezza alimentare, in laboratori di microbiologia e di citologia-istologia.

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