Genoma sintetico: ormai ci siamo

Il lievito che l’uomo usa per produrre pane e birra (Saccharomyces cerevisiae) è anche uno degli organismi modello più studiati. Il lievito, infatti, è un eucariote che condivide molte caratteristiche con le cellule umane, ma più semplice da gestire e più facile da studiare.

Cellule di lievito al microscopio elettronico (By Mogana Das Murtey and Patchamuthu Ramasamy – [1], CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=52254246)
Come le quelle di piante o animali, le cellule di lievito hanno un nucleo che contiene un DNA organizzato in cromosomi (16 nel lievito).

Nel 1996 era stata riportata la notizia della costruzione di un cromosoma artificiale funzionante di lievito. Ma cosa significa “costruire un cromosoma artificiale”?

Schema di un cromosoma: (1) cromatidio, (2) centromero, (3) braccio corto, (4) braccio lungo (Di derivative work: Tryphon (talk)Chromosome-upright.png: Original version: Magnus Manske, this version with upright chromosome: User:Dietzel65 – Questa è una immagine ritoccata, il che significa che è stata modificata digitalmente dalla sua versione originale. Modifiche: Made a SVG file inspired by this picture.. La versione originale può essere vista qui: Chromosome-upright.png. Le modifiche sono di Tryphon.Questo file grafico vettoriale è stato creato con Inkscape., CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=5285797)

Un cromosoma è una lunga molecola di DNA contenente geni (le unità di informazione che codificano proteine), regioni di regolazione e altre regioni non codificanti: i telomeri -ovvero le estremità dei cromosomi- e i centromeri -le regioni che sono strutturalmente coinvolte nella separazione dei cromatidi fratelli dopo la duplicazione del DNA che avviene durante la mitosi-, oltre a tutte le regioni che si trovano tra un gene e l’altro.

Man mano che la conoscenza a riguardo delle funzioni di questi elementi è cresciuta, negli scienziati (e in particolare nel biologo evoluzionista Stephen Jay Gould) si è fatto via via più forte il desiderio di “assemblare” un cromosoma artificiale da zero, partendo dai suoi elementi base. D’altronde da sempre uno dei migliori modi per verificare il livello di comprensione di qualcosa è provare a costruirlo, e vedere se funziona: l’uomo lo ha sempre fatto.

Il primo cromosoma artificiale di lievito è stato fatto proprio così, da Jef Boeke e il suo team, assemblando gli elementi base del cromosoma 3 (uno dei più piccoli) e sostituendolo a quello “naturale”, verificando che la cellula poteva vivere normalmente. Introducendo alcune modifiche, inoltre, si potevano conferire alcune caratteristiche aggiuntive al lievito, come la facoltà di crescere più o meno velocemente.

Recentemente è stata pubblicata una serie di articoli (sette articoli su Science, per la precisione) che descrivono la costruzione e la “prova sul campo” di altri cinque cromosomi progettati: sommati al sesto precedentemente ingegnerizzato si è così arrivati ad avere una cellula il cui genoma è per più di un terzo sintetico.

Il folto gruppo di ricercatori che si sta occupando dell’argomento prevede di ottenere un genoma completamente sintetico entro la fine dell’anno.

La conoscenza sul funzionamento fine dell’intero genoma (e non solo dei singoli geni) apre le porte ad immense applicazioni biotecnologiche per l’utilizzo di microorganismi, dalla produzione di biocarburanti a quella di medicinali, al biorisanamento.

Oltre, ovviamente, ad ampliare profondamente la conoscenza umana sui meccanismi di funzionamento più intimi della Vita.

Di S. M.

Fonti: