Realizzata, per la prima volta una cellula sintetica che è in grado di replicarsi in maniera ordinata e uniforme e non caotica. Si tratta di una vera e propria rivoluzione nella biologia perchè, per realizzarla i ricercatori sono riusciti a individuare un set specifico di geni che regola i processi di divisione cellulare. A riuscirci i ricercatori del J. Craig Venter Institute (JCVI), del National Institute of Standards and Technology (NIST) e del Center for Bits and Atoms presso il Massachusetts Institute of Technology (MIT) che hanno pubblicato i risultati delle loro ricerche sulla rivista Cell. Le cellule sintetiche sono state ribattezzate con la sigla “JCVI-syn3A” e potrebbero agire come unità in grado di svolgere importanti funzioni, che spaziano dalla rilevazione delle malattie al monitoraggio di determinate condizioni cliniche, fino alla produzione in loco di sostanze in grado di trattare specifiche patologie. Quello di oggi è il risultato di almeno 11 anni di ricerche. Gli scienziati del JCVI hanno costruito la prima cellula con un genoma sintetico nel 2010, partendo da batteri molto semplici chiamati micoplasmi, il cui DNA è stato sostituito con un surrogato progettato e sintetizzato in laboratorio. Questi primi organismi sintetici – ribattezzati JCVI-syn1.0 – erano le cellule viventi più semplici mai conosciute. Sei anni più tardi, nel 2016, i ricercatori sono arrivati a definire ancora meglio queste cellule sintetiche e con un patrimonio di soli 473 geni sono riusciti a realizzare una ulteriore versione di cellula sintetica ribattezzata JCVI-syn3.0.
le cellule dell’organismo sintetico JCVIsyn3.0 che crescono e si dividono al microscopio ottico, da una collaborazione di ricerca tra il J. Craig Venter Institute, il National Institute of Standards and Technology e il Massachusetts Institute of Technology Center for Bits and Atomi. La barra della scala rappresenta 50 micrometri.
CREDITO
E. Strychalski, NIST e J. Pelletier, MIT
La cellula, simile a d un batterio, era in grado di dividersi in unità più piccole, identiche dal punto di vista genetico, ma molto diverse tra loro per forme e dimensioni. Gli autori hanno ora identificato sette nuovi geni che sembrano in grado di rendere ordinata e regolare la divisione cellulare e aggiunto un totale di 19 geni all’organismo realizzato nel 2016. Con meno di 500 geni, JCVI-syn3A rappresenta oggi un risultato davvero importante per l’ingegneria delle cellule sintetiche. Per fare un paragone, i batteri Escherichia coli sono costituiti da circa quattromila geni, mentre una cellula umana ne ha circa 30 mila. “Vogliamo – afferma Elizabeth Strychalski, coautrice dello studio e ricercatrice presso il Cellular Engineering Group del NIST – comprendere le regole fondamentali di progettazione della vita e speriamo che questa cellula possa aiutarci a scoprire e comprendere questi principi”. L’identificazione dei sette geni aggiuntivi ha richiesto anni di scrupolosi sforzi da parte del team, guidato da John Glass e Lijie Sun, che ha elaborato una serie di varianti aggiungendo e rimuovendo sistematicamente i diversi geni e annotando come le alterazioni influenzavano la crescita e la divisione cellulare. Tra le numerose sfide del progetto, l’osservazione e la misurazione delle unità biologiche, che dovevano restare in vita durante la valutazione al microscopio. Gli scienziati sottolineano che le dimensioni e la delicatezza delle cellule rendevano piuttosto complessa tale misurazione, per cui una squadra di ricerca del MIT, composta da James Pelletier, Andreas Mershin e Neil Gershenfeld, ha progettato un chemostato microfluidico, una sorta di acquario miniaturizzato in cui le cellule potevano essere nutrite e mantenute in vita durante l’osservazione. Il risultato è stato un video in stop-motion che mostrava la crescita e la divisione delle cellule sintetiche, che, a differenza di quanto accadeva con JCVI-syn3.0, avveniva in modo regolare e uniforme. “Il nostro obiettivo – aggiunge Pelletier – è quello di conoscere la funzione di ogni gene in modo da poter sviluppare un modello completo di come funziona una cellula”. L’esperto precisa che c’è ancora molta strada da fare prima di raggiungere un tale livello di conoscenza. Per adesso, il team è infatti riuscito a comprendere appieno il ruolo di solo due dei sette geni legati alla divisione cellulare e aggiunti all’organismo. “I meccanismi che regolano lo sviluppo della vita sono ancora poco noti – conclude Strychalski – ma con questa cellula sintetica abbiamo la possibilità di osservare più da vicino alcuni di questi passaggi”.
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