Vita artificiale: creato batterio E.coli con DNA sintetico

nuova base dna

L'alfabeto del DNA ha una nuova lettera. Una rivoluzione che potrebbe investire l'ingegneri genetica, ormai sempre più vicina alla creazione della vita artificiale. Gli scienziati dello Scripps Research Institute (TSRI) hanno ingegnerizzato un batterio il cui materiale genetico comprende un paio di lettere “aggiunte” di DNA, ovvero della basi che non si trovano in natura. Ma c'è di più. Le cellule di questo batterio unico sono in grado di replicare le basi del DNA innaturali più o meno normalmente.

La vita sulla Terra in tutta la sua diversità è codificata solo da due coppie di basi del DNA, AT (adenina–timina) e CG (citosina-guanina). “Quello che abbiamo fatto è un organismo che contiene stabilmente queste due più un terzo paio artificiale di basi”, ha detto il prof. Floyd E. Romesberg, che ha guidato il team di ricerca. “Questo dimostra che altre soluzioni per la memorizzazione di informazioni sono possibili e, naturalmente, ci avvicina ad una biologia dal DNA espanso che avrà molte eccitanti applicazioni, dai nuovi farmaci alle nanotecnologie”.

Romesberg e il suo team dalla fine degli anni '90 lavorano per trovare le coppie di molecole che potrebbero servire come basi di un nuovo DNA, che potrebbe codificare per proteine e organismi che non sono mai esistiti prima. Una missione tutt'altro che semplice. Ogni nuova coppia funzionale di basi del DNA dovrebbe legarsi con un'affinità paragonabile a quella delle classiche basi azotate. E le nuove basi dovrebbero anche “adattarsi” stabilmente con le basi naturali.

Nonostante queste sfide, già nel 2008 Romesberg e i colleghi avevano compiuto un grande passo verso questo obiettivo: in quell'anno identificarono insiemi di molecole di questo tipo, in grado di collegarsi attraverso un doppio filamento di DNA quasi perfettamente, al pari delle coppie di basi azotate naturali. Allora, fu dimostrato che il DNA contenente queste coppie di basi innaturali può replicarsi in presenza di enzimi. In uno studio, uscito l'anno successivo, i ricercatori sono riusciti a trovare proprio gli enzimi che trascrivono questo DNA semi-sintetico in RNA.

Ma questo lavoro è stato condotto nell'ambiente semplificato di una provetta. “Queste coppie di basi innaturali hanno lavorato splendidamente in vitro ma la grande sfida è stata quella di farle lavorare in un ambiente molto più complesso, in una cellula vivente”, ha detto Denis A. Malyshev, membro del laboratorio di Romesberg.

Nel nuovo studio, i ricercatori hanno sintetizzato un tratto di DNA circolare noto come plasmide ed inserito nelle cellule del batterio E. coli. Il DNA conteneva le coppie di basi naturali TA e CG insieme a quelle artificiali, due molecole note come d5SICS e DNAM o più semplicemente X e Y. L'obiettivo era quello di spingere le cellule di E. coli a replicarsi con questo DNA semi-sintetico il più normalmente possibile.

Per far sì che l'E. coli replicasse il DNA contenente queste basi innaturali, i ricercatori hanno dovuto fornire i mattoni molecolari artificialmente, aggiungendoli alla soluzione fluida all'esterno della cellula.

I ricercatori infine sono stati in grado di trovare un trasportatore in una specie di microalghe, in grado di importare i trifosfati innaturali.È stato un grande passo avanti per noi, una svolta”, ha detto Malyshev. Il team ha così notato che il plasmide semi-sintetico si era replicato ad una velocità ragionevole e con precisione, senza ostacolare molto la crescita delle cellule di E. coli e senza perdere le sue coppie di basi innaturali.

“Se si legge un libro che è stato scritto con quattro lettere, dopo un po' non si racconteranno molte storie interessanti”, dice Romesberg. “Se ti vengono date più lettere, è possibile inventare nuove parole, trovare nuovi modi per utilizzare quelle parole e probabilmente si possono raccontare storie più interessanti”.

I potenziali risvolti per la tecnologia e la medicina sono molteplici, dalla creazione di una proteina che uccida solo le cellule tumorali allo sviluppo di aminoacidi che potrebbero aiutare gli scienziati a monitorare le reazioni biologiche al microscopio.

Lo studio è stato pubblicato su Nature.

Francesca Mancuso

Foto: Nature

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