L'espressione "libro della vita" non è mai stata tanto calzante: i ricercatori dell'Università di Harvard hanno utilizzato le forbici molecolari CRISPR/CAS9 per inserire dati complessi - un'immagine e un'animazione - nel DNA di batteri viventi (non sintetici), che hanno trasmesso l'informazione alle generazioni successive.
La ricerca pubblicata su Nature dimostra che è possibile sfruttare i microbi come banche dati viventi, capaci di perpetrare nel tempo le "informazioni acquisite", e creare popolazioni di cellule che tengano un "diario" degli eventi cui vanno incontro, come i processi di crescita o le malattie.
Nastro da avvolgere. Il DNA è un formidabile contenitore di informazioni: i paragoni hanno poco senso, ma, giusto per farne uno, un grammo di filamento a singola elica può contenere i dati scritti in 100 miliardi di DVD. Gran parte degli studi condotti finora, tuttavia, riportano a test condotti con DNA artificiale, con informazioni digitali tradotte in sequenze di DNA poi sintetizzate.
Scrittura di precisione. La tecnica CRISPR ha permesso di inserire con una sorta di "taglia e cuci" l'informazione digitale - che nel caso specifico è un codice che descrive ogni singolo pixel di immagine e video - nel genoma di organismi viventi, un'ampia popolazione di Escherichia coli: ad ogni cellula batterica è stata affidata una piccola porzione di dati.
Mano e cavallo. Per la scelta dei soggetti da inserire si è andati sul classico: come foto è stata scelta quella di una mano umana, mentre per il video sono stati selezionati cinque frame della sequenza Il cavallo in movimento acquisita nel 1878 dal pioniere della fotografia inglese Eadweard Muybridge. Le stringhe di codice relative alle immagini sono state inserite, grazie all'editing genetico, nei blocchi costituenti (nucleotidi) del DNA batterico.
Telefono senza fili. I dati sono stati distribuiti nel genoma di molti batteri: per ricostruirli e tornare a "leggerli" di nuovo, i ricercatori hanno dovuto sequenziare il DNA di oltre 600 mila cellule, che hanno restituito immagine e animazione con il 90% dell'accuratezza (qualche errore di codifica/decodifica è sempre possibile).
Ordine esatto. L'animazione del cavallo in movimento memorizzata dai batteri è servita a dimostrare che si può registrare un'informazione in sequenza, e poi rivederla in "replay" sotto forma di video. Un dato importante nell'ottica di registrare dati sempre più complessi, che includano il "fattore tempo" e registrino i cambiamenti.
Sono essenziali alla vita. E scusate se è poco. Gli esseri viventi, a partire dalle piante, hanno bisogno di azoto per produrre le proteine e gli amminoacidi necessari al loro accrescimento. Nonostante l'azoto costituisca l'80% dei gas atmosferici, in forma gassosa non è però facilmente assimilabile per le piante. Alcuni batteri del suolo come il Rhizobium suppliscono allora a questo compito. Questi batteri entrano in simbiosi con le piante - in particolare con le leguminose - creando noduli nelle radici (vedi foto) dove avviene la fissazione dell'azoto atmosferico in ammoniaca e altri composti facilmente assimilabili. In cambio, i batteri ricevono dalla pianta carboidrati, e proteine. Senza il loro prezioso supporto, l'intera catena alimentare terrestre non funzionerebbe.
Foto: © Inga Spence/Visuals Unlimited/Corbis
Decompongono e riciclano. Ad alcuni farà un po' storcere il naso, ma è compito dei batteri dissolvere piante e animali (uomo incluso) dopo la loro morte. Alcuni, come i batteri Firmicutes o i Proteobacteria sono noti per intervenire nei processi di putrefazione. Ma molti altri, secondo i biologi, devono ancora essere scoperti: è possibile che molti ceppi batterici collaborino nel trarre energie e nutrienti da corpi che naturalmente si scompongono in forme più semplici.
Foto: © Anup Shah/Nature Picture Library/contrasto
Ci salvano la vita. Nel 1928, in una delle scoperte casuali più fortunate della storia della medicina, il batteriologo scozzese Alexander Fleming si accorse che una coltura di batteri (strafiloccocchi) era stata attaccata e debellata da una sostanza sviluppatasi da un alimento ammuffito, il fungo Penicillium. Nasceva così la penicillina, che avrebbe salvato la vita a tanti soldati colpiti da infezioni durante la Seconda Guerra Mondiale. Altri funghi sono serviti, nel tempo, per la produzione di antibiotici, come la Vancomicina, prodotta a partire da un batterio del suolo del Borneo nel 1952. Nella foto al microscopio il Penicillium roqueforti, una muffa commestibile che rende delizioso il formaggio Roquefort.
Foto: © Visuals Unlimited/Nature Picture Library/contrasto
Rivelano gli autori di un crimine. Non ci sono solo le impronte digitali a testimonianza di un avvenuto misfatto: tecniche di investigazione sempre più avanzate puntano a riconoscere ladri e killer dalla caratteristica flora batterica che ogni essere umano si porta appresso. Una traccia unica e irripetibile, paragonabile a una vera e propria "impronta" identificativa, dalla quale si può scoprire anche se un cadavere è stato spostato, da quanto tempo la vittima è morta e quante persone avesse accanto al momento del decesso. Nella foto, l'impronta di una mano umana con annesse colonie batteriche.
Foto: © David Spears FRPS FRMS/Corbis
Regalano dolci rimedi. Nel 2005, alcuni scienziati dell'Università di Lund, in Svezia, hanno identificato 13 specie di batteri presenti nel miele selvatico che proteggono le api da agenti patogeni pericolosi per la loro salute. Le virtù curative del miele sono note da secoli, ma ora si scoprono le basi scientifiche di queste proprietà, che potrebbero essere sfruttate per confezionare rimedi alternativi ai farmaci tradizionali.
Il miele: come si fa e come sceglierlo
Foto: © Konrad Wothe/Minden Pictures/contrasto
Tengono in salute il nostro intestino. Il quale, come sappiamo, è un campo di battaglia tra batteri, che ne regolano il funzionamento e lottano per mantenere un equilibrio. I probiotici, organismi vivi come i vari ceppi di Lactobacillus che ogni giorno assumiamo attraverso alimenti specifici, come gli yogurt, possono aiutare a mantenere questo equilibrio, curare i sintomi di alcune patologie, come le infiammazioni intestinali, e ristabilire la corretta flora batterica, dopo - per esempio - una terapia antibiotica. Il batterio Lactobacillus reuteri contenuto nel latte materno, secondo l'Università di Bologna, aiuterebbe a prevenire le coliche intestinali dei neonati. Nella foto, campioni di Lactobacillus acidophilus.
Foto: © Visuals Unlimited/Nature Picture Library/contrasto
Servono a "fabbricare" proteine. Nel campo delle biotecnologie, e in particolare nella tecnologia del DNA ricombinante, frammenti di DNA umano che codificano per specifiche proteine sono inseriti in batteri comuni sfruttati come cellule ospiti, come l'Escherichia coli. Simili procedimenti sono sfruttati per produrre - per esempio - insulina umana, di cui qui sopra vediamo un cristallo.
Foto: © Dennis Kunkel Microscopy, Inc./Visuals Unlimited/Corbis
Producono energia pulita. Ricercatori dell'Università di Stanford hanno prodotto una batteria che genera elettricità grazie al lavoro di "digestione" di alcuni batteri nutriti a scarti animali e vegetali. Un secondo esperimento dello stesso centro di ricerca lavora alla produzione di gas metano rinnovabile, che non intacchi le riserve di gas naturale, nutrendo colonie batteriche con l'anidride carbonica raccolta dall'atmosfera (potete vedere l'impianto nella foto). Gli scienziati della Penn State University stanno lavorando a pile a combustione microbiologica, che generino corrente grazie a batteri che lavorano su scarti organici. Mentre alla Columbia University, un piccolo motore a batteri ha messo in moto un prototipo di automobilina.
Foto: © Mark Shwartz, Precourt Institute for Energy, Stanford University
Ci faranno... volare. Muffe particolarmente voraci potrebbero produrre una alternativa economicamente sostenibile ai biocarburanti finora conosciuti. Scienziati della Washington State University hanno appena messo a punto un sistema per produrre propellente per aerei a partire da un fungo, l'Aspergillus carbonarius, comunemente presente nel suolo, nelle foglie e nei frutti ammuffiti. Nutrito con farina d'avena, paglia di grano e rimanenze della produzione di mais il fungo ha prodotto idrocarburi simili a quelli usati per produrre propellenti nel campo dell'aviazione. Una alternativa pulita per uno dei settori più inquinanti nei trasporti. I trucchi per conservare il cibo più a lungo
Foto: © Dan Burton/Nature Picture Library/contrasto
Ripareranno le crepe di nelle strade. I ricercatori della Delft University of Technology (Olanda) stanno lavorando a un nuovo tipo di bio-asfalto contenente capsule di batteri che, a contatto con l'acqua, producano calcare, riempiendo così eventuali fratture formatesi sulla superficie. L'idea è venuta osservando il comportamento di alcuni batteri super resistenti, naturalmente presenti nei laghi alcalini vulcanici che, a contatto con l'acqua, producono calcare.
Foto: © Kate Ter Haar, Flickr
Vengono da molto lontano. D'accordo, questa non è una vera applicazione pratica, ma rappresenta un motivo in più per interessarsi allo studio dei batteri più resistenti, capaci di vivere in ambienti inospitali, privi di ossigeno e con temperature proibitive (come l'archeobatterio che vedete in questa foto). Secondo i sostenitori della teoria della panspermia, la vita sulla Terra potrebbe essere stata portata da batteri provenienti da altre zone dello Spazio, traghettati sulla Terra da asteroidi e comete. Inoltre, lo studio di batteri particolarmente resistenti trovati nelle aree più inaccessibili del nostro pianeta potrebbe offrire spunti interessanti per la localizzazione di forme di vita primitive presenti, per esempio, su Marte o altri pianeti "terrestri". 11 destinazioni aliene sulla Terra
Foto: © Dr. Terry Beveridge/Visuals Unlimited/Corbis
