Ecco come la riprogrammazione del semplice lievito potrebbe aprire le porte ad una rivoluzione.
di Bryan Walsh
Gli esseri umani fanno uso del fungo monocellulare Saccharomyces cerevisiae da millenni, utilizzandolo nella produzione di birra e pane e, più recentemente, etanolo ed insulina. Jef Boeke, direttore del Institute for Systems Genetics alla New York University, guida un gruppo internazionale composto da centinaia di scienziati dedicato a sintetizzare i 12.5 milioni di lettere genetiche che compongono il genoma di una cellula di lievito.
I ricercatori sostituiscono ciascun cromosoma del comune lievito (ne ha 16), con DNA fabbricato in laboratorio. Boeke e collaboratori, nel frattempo, fanno in modo che il nuovo genoma sia facilmente accessibile a chi volesse apportarvi delle modifiche. Il lievito artificiale—chiamato Sc2.0—potrà assumere qualunque forma.
Gli scienziati sognano un futuro in cui progettare un genoma su computer e stamparne una copia sarà routine. Ne potrebbero derivare alghe per la produzione di combustibili, organi refrattari alle malattie, persino la resurrezione di specie estinte.
Secondo George Church, genetista della Harvard Medical School “Potrebbe risultarne una rivoluzione più importante di quella spaziale ed informatica.”
Finora erano state sintetizzate solo le informazioni genetiche di virus e batteri; le cellule di lievito sono però eucariote: il loro genoma è raggomitolato in cromosomi contenuti da un nucleo, ed è molto più complesso. La sintesi del DNA non è per nulla economica e rimpiazzare tutte le lettere del DNA del lievito finirà per costare a Boeke $1.25 milioni, al netto dei costi di manodopera e laboratori.
Boeke, come Church, è uno dei leader della GP-write, un’organizzazione che promuove la ricerca internazionale a favore della riduzione dei costi per la progettazione, realizzazione e convalida dei genomi entro il prossimo decennio. “La biologia potrebbe avere un ruolo fondamentale nel confronto con le difficoltà che ci aspettano, ma solo se si riuscirà a renderla economicamente accessibile,” spiega.
Fu Ronald Davis della Stanford a ipotizzare per primo la possibilità di riprodurre artificialmente il genoma del lievito, in occasione di una conferenza del 2004. Boeke si convinse che sostituire ogni componente di un organismo era il modo migliore per comprenderne la funzione, secondo un’idea che sta prendendo il nome di “costruisci per comprendere.”
Un software progettato da Joel Bader, della Johns Hopkins, permette agli scienziati di visualizzare i cromosomi del lievito su schermo e non perdere il filo delle diverse modifiche a cui viene sottoposto.
Nel 2008, Boeke inaugurò alla Hopkins un corso chiamato “Build a Genome.” I suoi studenti studiarono la biologia molecolare di base assemblando un filamento di DNA di 10.000 lettere che sarebbe stato utilizzato per il progetto sul lievito. Di seguito, si unirono all’impresa svariate istituzioni cinesi e collaboratori in GB, Australia, e Giappone.
Il primo cromosoma di lievito artificiale venne completato in otto anni. Già l’anno scorso, Science potè descrivere altri cinque cromosomi di lievito artificiali e, secondo Boeke, il lavoro sarebbe ormai all’80 percento completo su tutti e 16
Il genoma del lievito si è dimostrato particolarmente resiliente ad ogni manipolazione a cui è stato sottoposto. Boeke e colleghi non stanno solo sostituendo il genoma naturale del lievito con componenti artificiali, lo stanno rendendo anche di facile accesso per future ri-manipolazioni, con un sistema che prende il nome di SCRaMbLE, ovvero “synthetic chromosome recombination and modification by LoxP-mediated evolution.”
Nonostante il gruppo GP-write avesse inizialmente ventilato l’idea di creare un genoma umano sintetico, le critiche di svariati bio-etici sono state accolte. Affrontare un genoma umano, 250 volte più complesso di quello del lievito, non sarebbe comunque pratico.
Lo studio di Boeke sul lievito è stato finanziato dalla National Science Foundation ed istituzioni accademiche, compresi i partner cinesi, ma la missione della GP-write ha attratto solo $250.000 dalla Autodesk, una società informatica. Il Human Genome Project, al confronto, vantava $3 miliardi di finanziamenti federali.
Immagine: Saccharomyces cerevisiae_NYU School of Medicine
(lo)
