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Giovedì, Agosto 06, 2020
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Creato il primo cromosoma sintetico. Passo decisivo verso la vita artificiale

Per la biologia è l'equivalente della conquista dell'Everest per gli alpinisti: il primo cromosoma di cellula eucariota sintetizzato in laboratorio, che dimostra di avere una piena funzionalità genetica una volta trasferito nella cellula stessa. Il risultato, descritto su “Science” da Jef Boeke e colleghi della New York University, è stato ottenuto con il lievito Saccharomyces cerevisiae e segna un importante passo in avanti verso la progettazione di microrganismi in grado di produrre nuovi farmaci, materie prime agricolo-alimentari e biocombustibili.

Ogni organismo è costituito da uno di due diversi tipi cellulari: le cellule procariote e le cellule eucariote, che si differenziano per l'organizzazione interna. Nel caso della cellula procariota, che si osserva negli organismi più semplici come i batteri, i cromosomi, strutture formate dall'associazione del DNA con specifiche sostanze proteiche, sono concentrati in una regione detta nucleoide, che però non ha una membrana di separazione con il resto della cellula. Nel caso della cellula eucariota, invece, che caratterizza tutti gli altri organismi vegetali e animali, i cromosomi sono ospitati in un nucleo ben definito, separato dal resto della cellula.

Negli ultimi cinque anni, sono stati ottenuti alcuni risultati significativi nel campo della biologia sintetica, come la realizzazione di cromosomi batterici e DNA virali, ma è la prima volta che si ottiene in laboratorio un intero cromosoma eucariotico.

Il primo cromosoma sintetico di una cellula eucariota

Cellule di Saccharomices cerevisiae. Uno degli obiettivi della biologia sintetica è la sintesi in laboratorio di un intero genoma di questo lievito

Boeke e colleghi hanno scelto come modello il cromosoma numero tre di S. cerevisiae, uno dei più corti dei 16 di questo lievito, usato in tutto il mondo nella produzione di bevane alcoliche e ampiamente studiato nei laboratori di tutto il mondo come organismo modello. SynIII – questo il nome del nuovo cromosoma – è stato ottenuto dopo sette anni di ricerche, legando tra loro 273.871 coppie di basi di DNA, cioè delle quattro "lettere" A, T, C, G che costituiscono i mattoni elementari del codice genetico. Si tratta quindi di un cromosoma più corto rispetto alla sua controparte naturale, che ha 316.667 coppie di basi.

Su questo primo cromosoma "grezzo", Boeke e colleghi hanno poi primosso le sezioni ripetute di quasi 50.000 coppie di basi di DNA, ritenute non necessarie per la riproduzione e la crescita del lievito. Gli autori hanno rimosso anche la parte di sequenze non codificanti indicate complessivamente come “DNA spazzatura”. Trasferito in una cellula di S. cerevisiae, il cromosoma sintetico ha dimostrato una piena funzionalità genetica.

"Alterare il genoma di un organismo è sempre un azzardo: se qualcosa va storto si può uccidere la cellula”, spiega Boeke, considerato un pioniere delle ricerche sulla biologia sintetica. “Abbiamo fatto più di 50.000 modifiche al codice genetico contenuto nel cromosoma, e il lievito ha continuato a vivere: è un risultato di grande valore perché dimostra che il nostro cromosoma sintetico è robusto e conferisce al lievito nuove proprietà”.

Gli autori hanno poi ulteriormente manipolato i meccanismi di espressione genica di S. Cereviasiae con il cromosoma sintetico, inducendo alcune cellule di lievito a crescere più lentamente o più velocemente del normale. È questo il primo passo verso l'integrazione di diverse tecniche per riuscire a ingegnerizzare i lieviti e controllare per esempio la produzione di etanolo in condizioni ambientali difficili.

“La nostra ricerca porta la biologia sintetica dalla teoria alla realtà”, conclude Boeke. “Il nostro lavoro rappresenta il più grande progetto internazionale avviato in questo campo. La vera pietra miliare però è l'integrazione avvenuta con successo di questo cromosoma in una cellula di lievito che appare del tutto normale: si comporta come una cellula naturale, ma in più ha nuove capacità assenti nel lievito naturale. Si tratta del primo passo verso la realizzazione sintetica di un intero genoma”.


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