Tutte le sequenze di DNA delle forme di vita studiate sono conservate in un database appartenente al National Center for Biotechnology Information negli Stati Uniti. E il 1 aprile è stata aggiunta una nuova voce al database: «Caulobacter ethensis-2.0». Si tratta del primo genoma sintetico di un organismo vivente completamente modellato al computer e successivamente sintetizzato, sviluppato da scienziati dell'ETH Zurich (Scuola Politecnica Federale di Zurigo). Tuttavia, è importante sottolineare che, sebbene il genoma C. ethensis-2.0 sia stato ottenuto con successo come una grande molecola di DNA, l'organismo vivente corrispondente non esiste ancora.
Il lavoro di ricerca è stato condotto da Bit Christen, professore di biologia dei sistemi sperimentali, e suo fratello Matthias Christen, chimico. Il nuovo genoma, chiamato Caulobacter ethensis-2.0, è stato creato attraverso la pulizia e l'ottimizzazione del codice naturale del batterio Caulobacter crescentus, un innocuo batterio che vive in acqua dolce in tutto il mondo.
Oltre dieci anni fa, un team guidato dal genetista Craig Venter ha creato il primo batterio «sintetico». Durante il suo lavoro, gli scienziati hanno sintetizzato una copia del genoma di Mycoplasma mycoides, che è stata poi impiantata in una cellula ospite, che si è rivelata completamente vitale e ha mantenuto la capacità di replicarsi.
La nuova ricerca prosegue il lavoro di Craig. Se in precedenza gli scienziati avevano creato un modello digitale del DNA di un organismo reale e sintetizzato una molecola sulla base di esso, il nuovo progetto va oltre, utilizzando il codice originale del DNA. Gli scienziati lo hanno notevolmente rielaborato prima di sintetizzarlo e testarne la funzionalità.
I ricercatori hanno iniziato dal genoma originale di C. crescentus, che contiene 4000 geni. Come in tutti gli esseri viventi, la maggior parte di questi geni non porta alcuna informazione ed è considerata «DNA spazzatura». Dopo aver condotto un'analisi, gli scienziati hanno concluso che solo circa 680 di essi sono necessari per mantenere la vita del batterio in laboratorio.
Dopo aver rimosso il «DNA spazzatura» e ottenuto il genoma minimo di C. crescentus, il team ha continuato il lavoro. Il DNA degli organismi viventi è caratterizzato da una certa ridondanza, cioè la sintesi di una stessa proteina è codificata da geni diversi in più parti della catena. I ricercatori hanno sostituito oltre 1/6 delle 800.000 lettere del DNA nel corso dell'ottimizzazione rimuovendo il codice duplicato.
«Grazie al nostro algoritmo, abbiamo completamente riscritto il genoma in una nuova sequenza di lettere di DNA che non assomiglia più all'originale», afferma Bit Christen, co-autore dello studio. «Tuttavia, la funzione biologica a livello di sintesi proteica è rimasta invariata».
Per verificare se la catena ottenuta funzionerà correttamente in una cellula vivente, i ricercatori hanno coltivato ceppi batterici che avevano nel loro DNA sia il genoma naturale di Caulobacter sia segmenti del genoma artificiale. Gli scienziati hanno spento geni naturali specifici e testato la capacità dei loro analoghi artificiali di svolgere lo stesso ruolo biologico. Il risultato è stato piuttosto impressionante: circa 580 dei 680 geni artificiali si sono rivelati funzionanti.
«Grazie alle conoscenze acquisite, saremo in grado di migliorare il nostro algoritmo e sviluppare una nuova versione del genoma 3.0», afferma Christen. «Riteniamo che nel prossimo futuro creeremo cellule batteriche viventi con un genoma completamente sintetico».
Nella prima fase, tali ricerche aiuteranno i genetisti a verificare l'accuratezza delle loro conoscenze riguardo il DNA e il ruolo dei singoli geni in esso, poiché qualsiasi errore nella sintesi della catena porterà a un organismo con un nuovo genoma che morirà o sarà non funzionante. In futuro, condurranno alla creazione di microorganismi sintetici progettati per compiti prestabiliti. Virus artificiali potranno combattere contro i loro simili naturali, mentre batteri speciali produrranno vitamine o farmaci.
La ricerca è stata pubblicata nella rivista PNAS.
Fonte: 3dnews.ru
