In una ricerca pubblicata sulla prestigiosa Proceedings of the National Academy of Sciences ci sono i contenuti dello studio che sancisce la nascita del primo organismo creato con un codice genetico a sei lettere, invece che con le quattro condivise dagli organismi viventi.
Si parla di organismi “semi-sintetici”, e in particolare di batteri Escherichia coli, che a differenza dei loro alter ego “naturali” hanno un nuovo tipo di DNA, che oltre alle quattro basi rappresentate dalle lettere G, T, C e A hanno due basi di DNA aggiuntive: X e Y. Per capire si deve fare un piccolo passo indietro. Per sommi capi, tutti gli organismi viventi hanno le proprie informazioni genetiche conservate all’interno del DNA, a sua volta composto da unità (nucleotidi) che legandosi insieme compongono la catena che tutti abbiamo visto almeno una volta in fotografia.
Queste unità sono appunto composte dalle quattro basi indicate sopra. Il gruppo di ricerca, guidato da Floyd Romesberg dallo Scripps Research Institute in California, ha in sostanza progettato dei nucleotidi sintetici – molecole che servono come i mattoni del DNA e dell’RNA – per creare una coppia di basi supplementari, e ha inserito questo codice genetico nel batterio E. coli. Si è così ottenuto il primo organismo semi-sintetico al mondo, con un codice genetico costituito da due paia di basi naturali e da una coppia di basi innaturali.
Per capire meglio di che cosa stiamo parlando, e per inquadrare la questione nella corretta prospettiva, abbiamo intervistato Mauro Fasano, Professore Associato di Biochimica, Dipartimento di Scienza e Alta Tecnologia, Università degli Studi dell’Insubria.
Questa ricerca in cosa consiste esattamente?
“Gli autori dello studio sono molto vicini al J. Craig Venter Insitute di San Diego, che qualche anno fa aveva annunciato la cellula artificiale. Questo stesso gruppo nel 2014 fa aveva già pubblicato un lavoro in cui riportava di aver ingegnerizzato dei microorganismi in modo da poter espandere il codice genetico.
La novità consiste nel fatto che sono riusciti a risolvere un problema che avevano due anni fa, ovvero che questi organismi modificati non sopravvivevano. Non stupisce, perché se vado a modificare il codice genetico come fanno questi organismi a gestire la modificazione?
La risposta è che [i ricercatori] hanno modificato ulteriormente i batteri per fare in modo che questi possano assorbire dall’esterno queste molecole X e Y. Inoltre hanno spento tutti quei meccanismi di riparazione del DNA che vedevano l’inserimento di X e Y come un danno e quindi l’avrebbero tagliato via”.
Nei giorni scorsi si è parlato di un primo passo verso una nuova forma di vita e di basi per gli studi che mirano a trasmettere la vita con nuove forme e funzioni.
“Non è che cambiando il codice genetico e portandolo da 2 a 3 appaiamenti (ossia da 4 a 6 basi) si possano creare nuove forme di vita. Il discorso è che questi microorganismi che hanno un codice genetico innaturale non possono vivere in condizioni naturali. Non essendo stati pensati dalla natura non possono vivere in natura.
Possono vivere solo confinati in una situazione in cui gli vengono forniti X e Y perché in natura non esistono. Quindi parliamo di un organismo disegnato dall’uomo e strettamente, esclusivamente dipendente dall’uomo.
Da qui a dire che questi organismi possano produrre nuove proteine o si possano pensare nuovi organismi è abbastanza speculativo. Non possono produrre nuove proteine perché non esiste un sistema di lettura di questo codice genetico. Non basta aggiungere due basi se non si modifica poi tutto il sistema che serve per leggere quell’informazione. Introducendo delle lettere nuove di cui nessuno conosce il significato non si ottiene che il lettore legga un libro diverso, ma che legga un libro con delle parole che non capisce.
Questo nuovo codice ha bisogno di un sistema di lettura, che deve essere introdotto artificialmente in questi batteri, dopo di che diventeranno dei bioreattori e si potranno modificare questi batteri in modo che producano per esempio elevatissime quantità di insulina umana, che possano convertire molecole di un certo tipo in molecole di un altro tipo – ad esempio precursori in farmaci – o inquinanti in sostanze tollerate dall’ambiente.
Però parliamo sempre di organismi unicellulari. Per questo non c’è alcun problema etico, anzi, vedo meno problemi etici rispetto agli OGM. Che poi questo apra la strada a forme di vita completamente nuove potrebbe essere, nei romanzi di fantascienza però.
È vero che è stato creato un organismo semi-sintetico che è in grado di importare questi composti chimici non naturali e di sopravvivere mantenendo la modifica, non tagliandola fuori come un difetto. Ma proprio perché non è capace di riparare questa sostituzione ha necessità che questa sostanza chimica gli venga fornita per poter duplicare il proprio DNA. Infatti nel lavoro è riportato che a 60 duplicazioni i batteri mantengono il 95% della coppia di basi non naturali. Sia chiaro che non hanno riscritto l’intero genoma, hanno introdotto una modificazione utilizzando un vettore che si utilizza comunemente nella biologia molecolare dagli anni ’80, con una procedura fattibile con i batteri. Organismi più complessi richiedono tecniche di manipolazione più complesse”.
Quindi qual è la corretta chiave di lettura della notizia?
“Questo è un discorso di biosicurezza, rispetto per esempio agli OGM. Il problema degli OGM è il loro confinamento. Per capirci, se nel Nord Italia ho degli spinaci geneticamente modificati e mi sfuggono dalla serra, avranno un vantaggio perché sono più resistenti ai parassiti e alle malattie, quindi potrebbero vincere facilmente la competizione con le specie naturali, e di conseguenza determinare un danno all’ambiente. Questo chiaramente dipende dall’ambiente. Di recente sono stato in Islanda dove ci sono degli ottimi pomodori, tutti geneticamente modificati, ma il discorso è esattamente opposto: fuori dalle serre geotermiche crescono solo licheni, quindi non esiste il problema che l’OGM possa diffondersi e vincere la competizione perché non c’è il competitore. Però i vivai non possono permettersi che esca dalle serre anche una minima traccia di fitofarmaci perché quelli ucciderebbero il loro ambiente.
Invece il discorso di avere un organismo ingegnerizzato che usa questo codice genetico alterato fa sì che questo organismo non sia in grado di vivere fuori da un ambiente in cui gli vengono fornite queste due nuove sostanze chimiche, X e Y”.
Quali sono in ultima analisi i vantaggi?
“Il vantaggio rispetto alle tecniche attuali è l’aumentata, enorme sicurezza. Teniamo conto che non abbiamo bisogno di cambiare il codice genetico per generare una forma di vita che non esiste in natura, basta cambiare l’ordine delle lettere del codice genetico che esiste già. Il codice genetico ha una complessità che è molto superiore rispetto a quello che potrebbe sembrare pensando che ci sono solo 4 lettere, perché quelle lettere non vengono lette una a una ma 3 per volta. Le possibilità che io ho di combinare 3 di 4 lettere è più grande di quelle di cui abbiamo bisogno ora. Cambiando l’ordine si potrebbe semplicemente cambiare completamente il prodotto che quell’organismo genera, senza modificare il codice genetico. Il problema è che poi questo potrebbe sfuggire di mano, cosa che non accadrebbe con la procedura seguita dal nuovo studio”.
Ora il gruppo di Romesberg si è posto l’obiettivo di testare tre metodi per progettare una nuova versione del batterio E. coli capace di mantenere le basi aggiuntive a tempo indeterminato, e di vivere una vita normale e sana.