Scienze

La prima cellula sintetica ha finalmente una "vita normale"

Identificati e aggiunti a Synthia 3.0, cellula sintetica con un genoma minimo, 7 geni che le permettono una divisione e una crescita ordinate.

Cinque anni fa fece molto scalpore la notizia della creazione, se così si può dire, della più semplice cellula vivente conosciuta, un batterio sintetico unicellulare con il più stringato patrimonio genetico possibile, una sequenza di soli 473 geni. Ben presto però si intuì che quel microrganismo - Synthia 3.0 - si comportava in modo strano durante la crescita e la divisione cellulare: produceva cellule con uguale patrimonio genetico, ma di forme e dimensioni molto diverse.
 
Ora un gruppo di scienziati ha individuato una manciata di geni che sembrano disciplinare la divisione della cellula e riportarla nei ranghi di una crescita ordinata, come spiegato in un lavoro appena pubblicato su Cell.

Vita artificiale? Non esattamente. La scoperta, frutto di una collaborazione tra il J. Craig Venter Institute (JCVI), il National Institute of Standards and Technology (NIST) e il Massachusetts Institute of Technology (MIT) Center for Bits and Atoms, si inserisce nel campo della biologia sintetica, una disciplina a metà strada tra l'ingegneria genetica e la biologia molecolare che punta a ridisegnare i circuiti metabolici e genetici degli organismi viventi, per creare un organismo sintetico di importanza pratica (per approfondire).
 
Tuttavia il termine sintetico non deve trarre in inganno: non stiamo parlando infatti della creazione di una forma di vita artificiale, cioè di una cellula messa a punto "da zero", in laboratorio. Piuttosto, si fa riferimento a un organismo ibrido, una sorta di "collage".

Un po' di storia. Il primo organismo dal genoma interamente sintetico messo a punto dal J. Craig Venter Institute risale al 2010. Per costruirlo si usò come stampo la cellula di un batterio molto semplice e facile da lavorare, un micoplasma, il cui DNA fu rimpiazzato con una copia artificiale di quello stesso codice genetico, progettata al computer copiando quella naturale. Di sintetico questa cellula aveva soltanto il genoma copiato (ma non il contenitore e l'hardware per eseguire le istruzioni genetiche, che rimanevano quelli del batterio). Questo organismo fu chiamato JCVI-syn1.0.

A cosa serve? Da allora, il gruppo ha lavorato per mantenere, di quella cellula dal DNA artificiale, solo i geni strettamente indispensabili alla vita nella sua forma più semplice (approccio del genoma minimo). L'idea è di ottenere una cellula che, come una sorta di laboratorio in miniatura, consenta di capire le funzioni di ogni singolo gene e quale sia l'ordine in cui i geni lavorano meglio.
 
Al di là della ricerca di base, queste informazioni potrebbero avere risvolti utili: aggiungendo geni accessori a quelli di base si potrebbero per esempio ottenere fabbriche unicellulari capaci di produrre farmaci, nutrienti, carburanti; o persino di individuare malattie e produrre proteine per combatterle direttamente nel corpo umano.

A onor del vero, senza arrivare a scomodare la biologia sintetica, molte di queste funzioni sono già egregiamente espletate da batteri naturali esistenti in natura.

Divisione disordinata. La cellula sintetica con soli 473 geni creata 5 anni fa, JCVI-syn3.0 o Synthia 3.0, si è rivelata persino troppo minimalista: per fare un paragone, il batterio Escherichia coli che colonizza il nostro tratto digerente ha circa 4.000 geni (una cellula umana circa 30.000). Quando gli scienziati del MIT hanno realizzato una sorta di mini-acquario che consentisse contemporaneamente di nutrire questa cellula così piccola e fragile e di osservarla al microscopio mentre cresceva, si è notato che Synthia 3.0 si divideva in cellule di forme e dimensioni diverse. Alcune di queste si allungavano in filamenti, altre, non in grado di separarsi completamente, si allineavano come perline - e questo, nonostante avessero lo stesso codice genetico.

La caotica divisione cellulare della cellula sintetica JCVIsyn3.0, in un'animazione in time-lapse girata al microscopio. © NIST/MIT

Per tentativi ed errori. Il team ha allora lavorato a diverse varianti, di volta in volta aggiungendo e rimuovendo geni per vedere come i vari cambiamenti influissero sulla crescita e la divisione cellulare. Alla fine ha ottenuto una versione, chiamata JCVI-syn3A, con 19 nuovi geni, sette dei quali indispensabili per una normale divisione cellulare, che al microscopio è apparsa dividersi come una cellula normale. Anche questa cellula ha meno di 500 geni in totale.

La più ordinata divisione cellulare di JCVI-syn3A, dopo l'aggiunta di geni mirati a disciplinare la crescita. © NIST/MIT

Fosse così semplice... Tutto risolto, quindi? Non proprio. Soltanto di due dei sette geni necessari alla divisione cellulare si conosce l'esatta funzione. Il ruolo degli altri, nei fatti indispensabili, è ancora da scoprire. Anche per una cellula così basilare, c'è ancora molto che non comprendiamo.

1 aprile 2021 Elisabetta Intini
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