Biologia sintetica

Biologia sintetica: la nuova rivoluzione genetica

Differenze con l’ingegneria genetica

Prima di parlare nello specifico dell’argomento di questo articolo, è bene fare anzitutto una breve panoramica su cosa sia l’ingegneria genetica, disciplina da cui si è poi sviluppata la biologia sintetica e come sono nate le nuove idee che hanno dato origine alla nuova rivoluzione scientifica che stiamo attraversando oggi.

Ingegneria genetica in breve

L’espressione ingegneria genetica fu utilizzata per la prima volta nel 1965 dal biologo statunitense Rollin Douglas Hotchkiss (1911-2004), per indicare la manipolazione genetica al fine di creare specifiche mutazioni.
Il DNA è formato da sequenze di geni, a loro volta composti da basi azotate Adenina, Citosina, Timina e Guanina. Le diverse combinazioni di queste ultime determinano tutte le caratteristiche di un essere vivente.

*Figura 1 - Sequenza di DNA*
[Fonte: Wikimedia Commons]

L’ingegneria genetica è in grado di individuare specifiche sequenze di DNA, isolarlo e modificarlo per indurre determinate mutazioni.
Classici esempi sono gli organismi geneticamente modificati (OGM), che tanto hanno suscitato lo scalpore popolare. Tuttavia, le mutazioni genetiche per il rafforzamento dell’organismo sono per la maggior parte spontanee in quanto tutti gli esseri viventi trovano i modi più disparati per adattarsi all’ambiente in cui vivono.
Forse non tutti sanno che le mutazioni spontanee più comuni sono il colore arancione della carota – originariamente viola – oppure il pomodoro, così chiamato perché inizialmente non era rosso.

Carota viola — *Figura 2 . Carota di colore viola*
[Fonte: Wikimedia Commons]

Panoramica sulla biologia sintetica

La biologia sintetica potrebbe rappresentare una vera e propria rivoluzione nel mondo della genetica.
Infatti, se l’ingegneria genetica mira a modificare il genoma di un individuo inserendo soltanto uno o due geni per permettere all’organismo stesso di sviluppare una nuova qualità come, ad esempio, la resistenza ai parassiti, l’approccio della biologia sintetica è ben diverso.

Essa fonde in sé varie discipline quali la chimica, la biologia, l’ingegneria e l’informatica per la ricerca di una precisa sequenza genetica atta ad un compito specifico, la sua replicazione in laboratorio e infine l’inserimento in altre cellule che assumeranno così una capacità totalmente innovativa.
Da qui il nome di biologia sintetica, in quanto il nuovo genoma è interamente prodotto artificialmente e manipolato a seconda dello scopo che si vuole ottenere.

Come funziona

L’efficienza di un organismo dipende dalla capacità delle sue cellule di produrre le sostanze giuste al momento giusto nella giusta quantità, con enorme precisione usando pochissima energia. I diversi “manuali di istruzioni” per compiere tutti questi lavori sono racchiusi nel codice genetico dell’individuo, nel suo DNA.
Facendo un paragone con l’informatica, se un software per computer è composto da una sequenza di 0 e 1 che combinati in vario modo danno origine a vari programmi, ciascuno adibito ad un determinato compito, analogamente il DNA può essere visto come una sequenza di quattro lettere: A, C, G e T (ovvero le iniziali delle quattro basi azotate) che, assemblate in maniera differente, danno origine a quei segmenti genetici che permettono alla cellula di eseguire un certo compito, quindi di sintetizzare o meno una sostanza.

In conclusione, se il DNA viene programmato con la sequenza giusta, si può forzare la cellula affinché acquisisca capacità che altrimenti non avrebbe mai potuto possedere.
Nel 2010, anno a cui si fa convenzionalmente risalire la nascita della biologia sintetica, il genetista americano John Craig Venter (1946) dichiarò di essere riuscito a generare la prima forma di vita artificiale, replicando in laboratorio il batterio della mastite nelle capre che provoca l’infiammazione della mammella.
Il lungimirante scienziato dichiarò allora che il successo del suo esperimento avrebbe aperto la strada ad una nuova era nella quale si sarebbero costruite nuove forme di vita a beneficio dell’umanità, dai batteri che assorbono l’anidride carbonica a quelli che avrebbero prodotto i vaccini.

Start up Ginkgo Bioworks

Una società che ha fatto della biologia sintetica il suo punto forte è Ginkgo Bioworks, fondata nel 2008 a Boston da quattro studenti del Massachusetts Institute of Technology.

Figura 3 - Logo della società Ginkgo Bioworks

È una sorta di centro ricerca per aziende che hanno bisogno di svilupare una particolare sostanza (profumo, farmaco, colorante, biomateriale).
Fornisce una coltura di cellule (batteri o lieviti) contenenti una sequenza di DNA programmato proprio per quella sostanza, che quindi viene prodotta in grandi quantità, biologicamente e senza sostanze tossiche.

Tuttavia sappiamo ancora molto poco del codice genetico per abbinare un compito ad una specifica sequenza di lettere, pertanto Ginkgo Bioworks lavora con una serie di macchine altamente sofisticate e automatizzate che generano varie sequenze di DNA, le inseriscono nelle cellule, le allevano e infine ne analizzano il risultato.
Ogni obiettivo raggiunto viene registrato in una banca dati, assieme ad ulteriori parametri come le tempistiche di crescita, di nutrienti e della temperatura delle cellule.
Un lavoro di una portata enorme che richiede tempi estremamente lunghi, ma che ha già permesso di sviluppare, come previsto più di 10 anni prima da Venter, cellule per sintetizzare enzimi per accelerare la preparazione del noto vaccino anti Covid Moderna e il colore indaco per i blu jeans.
A discapito delle tempistiche delle ricerche e delle sperimentazioni però, si può dire che una volta ottenuta la sequenza genetica corretta, la produzione di molti farmaci e i pigmenti per la colorazione di capi di abbigliamento è estremamente rapida e su scala industriale, con il conseguente abbattimento dei costi di produzione e dell’impatto ambientale.

Prospettive per il futuro

Già molte aziende stanno investendo sulla biologia sintetica, ma come in tutti i nuovi campi non sappiamo ancora dove potrà portarci.
Indubbiamente ci saranno degli incidenti di percorso, ma se riusciamo a sfruttare al meglio le conoscenze che abbiamo oggi e che acquisiremo in futuro continuando a sperimentare, sicuramente la biologia sintetica rappresenterà una nuova rivoluzione, come lo furono l’aratro nell’anno 1000, la macchina a vapore nel XVII secolo e il computer nel ‘900.
Certamente ci saranno dei problemi a livello etico e morale, ma la ricerca scientifica sta facendo passi enormi e dobbiamo proseguire in questa direzione senza dimenticarne l’obiettivo primario: migliorare la qualità della vita per tutti.