Un nuovo strumento al servizio delle biotecnologie: il DNA “zippato”

Analogamente a documenti o immagini di dimensioni elevate, troppo grandi da spedire via e-mail, anche il DNA può essere “zippato” in un formato più comodo per la trasmissione dell’informazione e, una volta giunto a destinazione, decompresso per consentirne la consultazione dei contenuti. Il metodo innovativo per ottenere ciò, descritto sulla rivista Nature Nanotechnology, è stato messo a punto da un team di ricercatori del Dipartimento di Scienze dei Biosistemi del Politecnico di Zurigo (Eidgenössische Technische Hochschule Zürich, da cui la sigla ETH Zürich) in Svizzera, coordinato dai Professori Kobi Benenson e Nicolas Lapique.

Si tratta di un nuovo strumento di lavoro al servizio delle biotecnologie, per lo studio di patologie e lo sviluppo di nuovi farmaci, ma soprattutto della biologia sintetica, per facilitare la creazione di cellule artificiali in grado di rispondere ad una specifica esigenza.

Ispirandosi al metodo di compressione dei file digitali, il gruppo di ricerca ha sviluppato una tecnica che permette, inizialmente, di comprimere il materiale genetico per facilitarne il trasportarlo nelle cellule e, una volta all’interno, di riportarlo nelle condizioni originarie mantenendo inalterate le informazioni codificanti. Si risolverebbe in questo modo il grande problema che oggi impedisce a biotecnologi e biologi sintetici di caricare nelle cellule grandi porzioni di DNA.

Il principio di base di questa tecnica è analogo a quello alla base della compressione di un file digitale: l’eliminazione della ridondanza. Nel caso del DNA ciò si traduce nella la rimozione degli elementi ripetuti e la trasmissione di una sola copia per elemento. Ad esempio, se il materiale genetico da trasportare in una cellula contiene quattro geni diversi regolati tutti dallo stesso promotore, quest’ultimo sarebbe incluso solo una volta piuttosto che quattro.

Tuttavia, rimuovere le ridondanze non è tutto. I ricercatori dell’ETH assemblano il DNA da trasportare nella cellula secondo regole specifiche, ossia secondo una “codifica compressa”. I quattro geni dell’esempio precedente vengono raggruppati insieme e ricevono inizialmente un promotore congiunto. Dopodiché, i ricercatori equipaggiano tutto con sequenze di arresto individuali e siti di legame diversi per una ricombinasi, ossia un enzima in grado di aprire, ruotare e riassemblare i filamenti di DNA.

La ricombinasi (Fig. 1) assume il ruolo del software di decompressione in quanto assicura che le componenti del DNA compresso siano riassemblate funzionanti all’interno della cellula. Per i quattro geni dell’esempio esempio, tutto ciò si traduce nel fatto che ognuno riceve il proprio promotore dopo lo step di “decompressione del DNA”.

Figura 1 – Modello tridimensionale dell’enzima Cre ricombinasi legato al suo substrato (DNA). In blu e in verde sono evidenziati i due domini strutturali della proteina.

L’obiettivo finale del team di ricercatori è quello di mettere a punto dei “programmi genetici”, trasferiti nelle cellule mediante questa nuova tecnica, codificanti per dei sensori molecolari in grado di riconoscere una combinazione di quattro o sei sostanze marker per l’identificazione più precisa ed affidabile di cellule tumorali.

Sitografia

Bibliografia

Lapique N, Benenson Y. Genetic programs can be compressed and autonomously decompressed in live cells. Nature Nanotechnology, 2017. doi: 10.1038/s41565-2017-0004-z

Crediti immagini

https://en.wikipedia.org/wiki/Cre_recombinase
http://www.ansa.it/canale_scienza_tecnica/notizie/biotech/2017/11/14/zippato-il-dna-la-sua-informazione-viaggia-piu-veloce-_03f381d4-ee77-4f30-968a-8eee6a83a93f.html