Generato il primo organismo con alfabeto genetico espanso

La biologia sintetica sta probabilmente compiendo un nuovo, grande, passo verso la comprensione dell’origine della vita, la scoperta e lo sviluppo di nuovi farmaci. Su Nature sono stati infatti annunciati i risultati di un esperimento sensazionale realizzato dagli scienziati statunitensi dello Scripps Research Institute e condotto direttamente su un organismo vivente, il batterio E. coli.

I ricercatori dello Scripps Institute di La Jolla (California) hanno generato un DNA semisintetico caratterizzato da un  “alfabeto genetico espanso” dove, in sostanza, alle quattro basi convenzionali (adenina, timina, guanina e citosina), indicate con le lettere A, T, G e C, ne hanno aggiunte due nuove, X e Y (tecnicamente chiamate d5SICS e dNAM), che non esistono in natura.

Il DNA artificiale, contenente anche le basi X e Y nella sua sequenza, è stato introdotto in un organismo vivente, il batterio Escherichia coli. Il microrganismo è stato modificato geneticamente affinché esprimesse un trasportatore in grado di importare  nel citoplasma i nucleotidi trifosfato artificiali. E. coli ha quindi prodotto nuove copie del DNA, senza che questo, avendo una chimica insolita, venisse riconosciuto come estraneo, modificato o eliminato dai meccanismi di riparazione propri della cellula.

Il “DNA espanso” ha perciò dimostrato di essere chimicamente stabile, riconoscibile dalla DNA polimerasi (enzima che catalizza la sua replicazione) e tollerato da un organismo vivente.

Synthorx-HowItWorks_smImage credit: Synthorx (clicca sul link per ingrandire l’immagine)

La straordinarietà dello studio sta proprio nell’aver creato un materiale genetico alternativo capace di replicarsi in un modello cellulare, quindi in vivo, anziché in vitro. Nessuno, prima d’ora, aveva raggiunto questo risultato, che rafforza anche l’ipotesi che una genetica alternativa a quella moderna potrebbe essere realmente esistita sul pianeta Terra alle origini della vita.

Il passo successivo, afferma Floyd E. Romesberg, primo autore dello studio, sarà “dimostrare la compatibilità di altre coppie di basi non naturali con i macchinari di replicazione, trascrizione e traduzione”.

Ma qual è lo scopo di tutto ciò? Questo nuovo capitolo della biologia sintetica potrà avere molteplici applicazioni, che spazieranno dalla farmaceutica alla diagnostica, dalla produzione di nuovi e più efficaci antibiotici e vaccini, allo sviluppo di tecnologie innovative di RNA interference.

L’espansione del vocabolario genetico, da 4 a 6 lettere, consentirà di poter passare da una chimica delle proteine basata su 20 amminoacidi diversi ad una che ne potrà comprendere fino a 172. Istruendo le cellule ad associare nuovi tipi amminoacidi, naturali e artificiali, ai nuovi 152 codoni, potremo avere a disposizione microscopici laboratori per la sintesi di nuove proteine artificiali, aventi nuove funzioni.

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Image credit: Synthorx

Link to paper: 

Nature – A semi-synthetic organism with an expanded genetic alphabet

 

Fonte immagine: Utah People’s Post