Creata cellula sintetica autoreplicante

Gli scienziati hanno costruito una cellula sintetica perfettamente autoreplicante


Gli scienziati hanno creato un organismo sintetico unicellulare che si divide e si moltiplica proprio come la quelle reali/naturali. Il progresso potrebbe un giorno aiutare i ricercatori a costruire minuscoli computer e minuscole fabbriche produttrici di farmaci, tutto da cellule sintetizzate. Questo potrebbe portare alla creazione di nuove forme di vita organica intelligenti oppure adeguare l'attuale intelligenza artificiale a gestire organismi creati dall'uomo.


Naturalmente, questo futuro non sarà raggiunto per molti anni a venire.


"Ci sono così tanti modi in cui questo prossimo secolo di biologia potrebbe potenzialmente cambiare in meglio la nostra vita quotidiana", ha detto l'autore senior Elizabeth Strychalski, leader del Cellular Engineering Group al National Institute of Standards and Technology (NIST). Per esempio, Strychalski e i suoi colleghi progettano di progettare sensori viventi che possono prendere misure dai loro ambienti circostanti, monitorando l'acidità, la temperatura e i livelli di ossigeno nelle vicinanze. 

Gli scienziati hanno costruito una cellula sintetica perfettamente autoreplicante


Queste cellule sensore potrebbero anche essere fabbricate per produrre prodotti specifici - cioè medicine - e potrebbero potenzialmente essere collocate all'interno del corpo umano stesso. "Una visione è che quando la cellula percepisce uno stato di malattia, allora può produrre quel terapeutico, e quando uno stato di malattia è più presente, potrebbero smettere di produrre quel terapeutico", ha detto Strychalski. Altre cellule potrebbero essere coltivate in laboratorio e utilizzate per produrre in modo efficiente prodotti alimentari e carburante, mentre altre ancora potrebbero essere fatte per eseguire funzioni di calcolo su scala molecolare, ha aggiunto.


Ma ancora una volta, queste sono tutte visioni per il futuro. Per arrivarci, gli scienziati hanno bisogno di svelare i misteri della cellula ad un livello fondamentale prima di poterla manipolare nei loro organismi sintetici. 


Nel nuovo studio, Strychalski e i suoi colleghi hanno fatto un passo avanti verso questo obiettivo e hanno pubblicato i loro risultati il 29 marzo sulla rivista Cell. Hanno iniziato con una cella sintetica esistente chiamata JCVI-syn3.0, che è stata creata nel 2016 e contiene solo 473 geni, ha riportato Scientific American. (Per confronto, il batterio Escherichia coli ha circa 4.000 geni, secondo questa dichiarazione).


Questa cellula nuda e cruda è stata creata a partire dal batterio Mycoplasma genitalium, un microbo a trasmissione sessuale, che gli scienziati hanno privato del suo DNA naturale e sostituito con il loro DNA ingegnerizzato. Nel creare JCVI-syn3.0, gli scienziati hanno voluto imparare quali geni sono assolutamente essenziali per una cellula per sopravvivere e funzionare normalmente, e quali sono superflui. 


Ma mentre JCVI-syn3.0 poteva costruire proteine e replicare il suo DNA senza problemi, la cellula minimalista non poteva dividersi in sfere uniformi. Invece, si divideva a caso, producendo cellule figlie di molte forme e dimensioni diverse. Strychalski e il suo team hanno deciso di risolvere questo problema aggiungendo nuovamente i geni alla cellula spogliata.


Una versione precedente di una cellula minima, chiamata JCVI-syn3.0, non si divideva normalmente. Questa micrografia mostra come la cellula si sarebbe divisa in cellule figlie di molte dimensioni diverse.
Una versione precedente di una cellula minima, chiamata JCVI-syn3.0, non si divideva normalmente. Questa micrografia mostra come la cellula si sarebbe divisa in cellule figlie di molte dimensioni diverse. 


Dopo anni di lavoro, gli scienziati hanno prodotto JCVI-syn3A, che contiene un totale di 492 geni. Sette di questi geni sono critici per la normale divisione cellulare, hanno scoperto.


"Un certo numero di geni nella cellula minima non aveva una funzione nota", ha detto il co-autore James Pelletier, che al momento del lavoro era uno studente laureato al Massachusetts Institute of Technology (MIT) Center for Bits and Atoms. Allo stesso modo, "si è scoperto che alcuni dei geni di cui la cellula ha bisogno per dividersi in precedenza non avevano una funzione nota". La reintroduzione di questi geni ha permesso alla cellula minima di dividersi in sfere perfettamente uniformi.


Alcuni di questi importanti geni probabilmente interagiscono con la membrana cellulare, in base alle loro sequenze genetiche, ha detto Pelletier. Questo potrebbe significare che alterano le proprietà fisiche della membrana, rendendola abbastanza malleabile da dividersi correttamente, o che generano forze all'interno della membrana che incoraggiano la divisione, ha detto. Ma per ora, il team non sa quali meccanismi specifici i geni usano per aiutare le cellule a dividersi, ha notato.


"Il nostro studio non è stato progettato per capire i meccanismi all'interno della cellula associati a ciascuno di questi geni di funzione sconosciuta", ha detto Strychalski. "Questo dovrà essere uno studio futuro".


Mentre i ricercatori continuano a sondare i misteri della cellula minima, altri biologi sintetici stanno lavorando con sistemi ancora più semplicistici. La biologia sintetica esiste su uno spettro, da "una zuppa di sostanze chimiche inanimate alla piena gloria di una cellula di mammifero o di una cellula batterica", ha detto Strychalski. Il futuro del campo potrebbe portarci a meraviglie innovative come computer di dimensioni cellulari, ma per ora, il lavoro è in gran parte guidato da una curiosità su come gli elementi di base della vita si uniscono, e ciò che può dirci su noi stessi.


"Come facciamo a capire l'unità più elementare della vita, la cellula? ... C'è qualcosa di molto avvincente in questo", ha detto Strychalski. "In seguito, possiamo immaginare tutte le cose che possiamo fare con ... questa piattaforma minima".

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