Tutte le sequenze di DNA delle forme di vita studiate dai ricercatori sono memorizzate in un database di proprietà del National Center for Biotechnology Information negli Stati Uniti. E il 1 aprile nel database è comparsa una nuova registrazione: «Caulobacter ethensis-2.0». Questo è il primo genoma sintetico completamente modellato al computer e poi sintetizzato di un organismo vivente, sviluppato da scienziati dell'ETH di Zurigo (Scuola Politecnica Federale di Zurigo). Tuttavia, è importante sottolineare che, sebbene il genoma C. ethensis-2.0 sia stato ottenuto con successo sotto forma di 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 sistemica sperimentale, 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 batterio innocuo che vive in acque dolci in tutto il mondo.
Oltre dieci anni fa, un team guidato dal genetista Craig Venter ha creato il primo batterio 'sintetico'. Durante il loro lavoro, gli scienziati hanno sintetizzato una copia del genoma di Mycoplasma mycoides, che è stata poi impiantata in una cellula ospite, la quale dopo è risultata completamente vitale e ha mantenuto la capacità di riproduzione.
La nuova ricerca continua il lavoro di Kreiger. Se in precedenza gli scienziati avevano creato un modello digitale del DNA di un organismo reale e sulla base di esso avevano sintetizzato una molecola, il nuovo progetto va oltre, utilizzando il codice originale del DNA. Gli scienziati lo hanno notevolmente modificato prima di sintetizzarlo e testarne la funzionalità.
I ricercatori hanno iniziato dall'originale genoma di C. crescentus, che contiene 4000 geni. Come in tutti gli organismi viventi, gran parte di questi geni non contiene alcuna informazione e rappresenta il 'DNA spazzatura'. Dopo un'analisi approfondita, 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 dalla presenza di ridondanza incorporata, in quanto la sintesi della stessa proteina è codificata da geni diversi in più punti della catena. I ricercatori hanno sostituito oltre 1/6 dei 800.000 caratteri di DNA durante l'ottimizzazione per rimuovere il codice duplicato.
"Grazie al nostro algoritmo, abbiamo completamente riscritto il genoma in una nuova sequenza di caratteri di DNA, che non assomiglia più all'originale," dice Bit Kristen, coautore 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 viva, i ricercatori hanno coltivato uno strain di batteri che conteneva nel proprio DNA sia il genoma naturale di Caulobacter sia segmenti di genoma artificiale. Gli scienziati disattivavano singoli geni naturali e testavano la capacità dei loro equivalenti 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 scoperte ottenute, potremo migliorare il nostro algoritmo e sviluppare una nuova versione del genoma 3.0," afferma Kristen. "Crediamo che a breve termine creeremo cellule batteriche vive con un genoma completamente sintetico."
Nella prima fase, tali ricerche aiuteranno i genetisti a verificare la correttezza delle loro conoscenze nel comprendere il DNA e il ruolo dei singoli geni al suo interno, poiché qualsiasi errore nella sintesi della catena porterà alla morte o alla non funzionalità dell'organismo con il nuovo genoma. In futuro, daranno luogo alla creazione di microrganismi sintetici progettati per compiti specifici. I virus artificiali potranno combattere con i loro omologhi naturali, mentre batteri speciali produrranno vitamine o farmaci.
Lo studio è stato pubblicato sulla rivista PNAS.
Fonte: 3dnews.ru
