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Biologia sintetica

Cellula sintetica segna un nuovo passo verso la vita artificiale

Pubblicato

5 ore fa

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Scienziati statunitensi hanno costruito una cellula sintetica a partire da componenti chimici non viventi, in grado di nutrirsi, crescere, replicare il proprio DNA e dividersi, segnando un importante passo avanti verso la creazione della  vita artificiale.

 

La cellula creata in laboratorio, soprannominata SpudCell, non è considerata vivente, ma dimostra diversi comportamenti chiave associati agli organismi viventi.

 

I ricercatori dell’Università del Minnesota hanno presentato il loro lavoro mercoledì. Kate Adamala, biologa sintetica e professoressa presso l’università, ha definito la cellula sintetica «un organismo incredibilmente debole» che al momento non fa altro che «mangiare e occasionalmente produrre una cellula figlia».

 

Tuttavia, Adamala ha descritto il risultato come una «prova di principio», affermando che le molecole possono ricreare comportamenti precedentemente associati solo alle cellule viventi naturali. Il sistema è ancora più debole e lento di una cellula naturale, ma potrebbe aiutare gli scienziati a comprendere la biologia costruendola a partire da componenti noti, ha osservato lo scienziato.

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Adamala ha dichiarato di aver chiamato la cellula sintetica «SpudCell» in parte per evitare di darle il suo nome e in riferimento allo Sputnik, il satellite sovietico il cui lancio nel 1957 segnò l’inizio dell’era spaziale.

 

Il team ha creato le cellule a partire da componenti chimici non viventi, anziché modificare organismi esistenti. Secondo la pagina del progetto, le SpudCells contengono 36 enzimi purificati, un genoma di 90.000 paia di basi distribuito su diverse molecole di DNA e una membrana lipidica.

 

Le cellule lavorano all’interno di un liquido ricco di sostanze chimiche. Crescono fondendosi con minuscoli «liposomi nutritivi», che forniscono i nutrienti, gli enzimi e i ribosomi necessari per produrre proteine. Il loro genoma contiene le istruzioni che le aiutano a copiare il DNA e a dividersi.

 

Il sistema rimane limitato. Le SpudCells dipendono da fonti esterne, non sono in grado di costruire i propri ribosomi, non controllano il proprio metabolismo e spesso trasmettono una quantità errata di DNA durante la divisione cellulare. In genere smettono di funzionare dopo diverse generazioni.

 

La Biologia sintetica (detta anche Synbio) è un campo della scienza che riprogetta interamente gli organismi viventi.

 

È come l’ingegneria genetica, ma eseguita a un livello più granulare: mentre l’ingegneria genetica trasferisce materiale genetico già esistente tra gli organismi, la Biologia sintetica può costruire nuovo materiale genetico da zero.

 

L’ingegneria genetica tradizionale usa strumenti, in ultima analisi, analogici – cioè geni preesistenti. Per questo, l’ingegneria genetica tradizionale è considerabile come un settore estrattivo.

 

Con la Biologia sintetica, aperta dagli studi pionieristici di Craig Venter, è possibile progettare integralmente il genoma di un organismo, producendo in laboratorio i geni di cui si ha bisogno. Nel 2010, Venter e il suo team hanno presentato quella che all’epoca fu descritta come la prima cellula controllata da un genoma creato in laboratorio, dopo aver trapiantato DNA sintetico in un batterio.

 

La Biologia sintetica, dunque, si presenta come la definitiva forma di digitalizzazione delle scienze della vita. In pratica, la Biologia sintetica è lo sforzo della scienza di creare la vita dal niente.

 

Come riportato da Renovatio 21, uno studio McKinsey calcolava che gli usi della SynBio potrebbero avere un impatto economico diretto fino a 3,6 trilioni di dollari all’anno entro il 2030-2040.

 

La biologia sintetica ha una vasta gamma di applicazioni mediche. Ad esempio, può essere utilizzato per manipolare i percorsi biologici nel lievito per produrre un trattamento antimalarico, scrive lo studio.

 

Potrebbe anche migliorare la terapia genica. Utilizzando tecniche di Biologia sintetica, la società biotecnologica britannica Touchlight Genetics sta lavorando a un modo per costruire DNA sintetico senza l’uso di batteri, che sarebbe un punto di svolta per il campo della terapia genica.

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Come noto, dopo l’iniezione massiva di vaccino COVID mRNA – di fatto, una terapia genica – l’accettazione per questo tipo di interventi genetici fra la popolazione è quasi totale.

 

La biologia sintetica ha il potenziale per fare un grande salto anche nel settore agricolo. Un esempio di ciò è il ruolo di biologia sintetica nell’«agricoltura cellulare», ovvero quando la carne viene creata direttamente dalle cellule: la famosa carne sintetica creata il laboratorio. Il costo della creazione di carne coltivata in laboratorio è diminuito in modo significativo negli ultimi anni e, per questo motivo, varie startup in tutto il mondo stanno iniziando a sviluppare una varietà di prodotti a base di carne a base di cellule.

 

Alcune applicazioni della Biologia sintetica, come l’editing di embrioni, sono ovviamente ancora controverse – per il momento. Se questi tipi di applicazioni diventassero mainstream, potrebbero avere enormi implicazioni per la società, con il potenziale per aumentare la polarizzazione all’interno delle comunità.

 

Un’ulteriore preoccupazione è per le armi biologiche: la Biologia sintetica potrebbe essere utilizzato per ricreare virus o manipolare batteri per renderli più letali, creando strumenti di morte.

 

Come riportato da Renovatio 21, proposta più estrema di biologia sintetica è forse quella del genetista harvardiano George Church, che nel suo libro Regenesis invoca la creazione di Mirror Humans («uomini-specchio»), ossia esseri umani dalla biochimica totalmente invertita, quindi non suscettibili, in teoria, di alcuna malattia.

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Biologia sintetica

Organismi creati in laboratorio definiti come un «terzo stato» oltre la vita e la morte

Pubblicato

1 anno fa

il

18 Marzo 2025

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Negli ultimi anni, molti scienziati hanno ripetutamente dimostrato che le cellule di vari organismi possono essere riutilizzate per creare robot biologici, rappresentando progressi sorprendenti nel campo della biologia sintetica.   Alcuni tipi come gli anthrobot, utilizzavano cellule umane in grado di autoassemblarsi in piccole strutture pelose capaci di muoversi da sole. Altri, come gli xenobot, risultano più inquietanti: gli scienziati li hanno creati dalle cellule di rane già morte, che apparentemente hanno imbrogliato la morte rimanendo in grado di svolgere compiti semplici e persino di auto-replicarsi.   In una nuova revisione pubblicata sulla rivista Physiology, i ricercatori stanno riflettendo sulle implicazioni del prendere cellule, da organismi morti o vivi, e trasformarle essenzialmente in macchine con funzioni totalmente nuove. Vale a dire, che ciò indica un «terzo stato» biologico, che non rientra nelle categorie vita o morte.

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«Il terzo stato mette in discussione il modo in cui gli scienziati solitamente interpretano il comportamento delle cellule», hanno scritto in un saggio per il sito accademico americano The Conversation i biologi Peter Noble e Alex Pozhitkov, coautori della revisione.   È il fatto che i biobot abbiano sviluppato nuove funzioni che li distingue davvero, perché «ci sono pochi casi in cui gli organismi cambiano in modi che non sono predeterminati», scrivono i ricercatori. Altre mutazioni, come i bruchi che si trasformano in farfalle, sono radicali e fanno comunque parte di un percorso biologico predeterminato. Anche le cellule cancerose sono escluse, perché non mostrano nuove funzioni.   I biobot tuttavia sono diversi. Sebbene gli anthrobot summenzionati siano stati presi da cellule polmonari umane, sono stati in qualche modo in grado di riparare cellule neuronali danneggiate poste vicino a una capsula di Petri, verso cui sono stati in grado di muoversi da soli usando proiezioni contorte simili a capelli chiamate ciglia. Gli anthrobot non sono stati progettati o programmati per fare questo, lo hanno semplicemente fatto da soli.   Gli xenobot hanno anche sviluppato una mobilità basata sulle ciglia, il che è una novità, perché nelle cellule di rana da cui sono derivati, le ciglia vengono utilizzate per spostare il muco, non le cellule stesse, secondo quanto sostengono i ricercatori. Gli xenobot sono anche in grado di autoreplicarsi senza crescere, o essenzialmente ripararsi.   «Presi insieme, questi risultati dimostrano la plasticità intrinseca dei sistemi cellulari e sfidano l’idea che cellule e organismi possano evolversi solo in modi predeterminati», hanno scritto Noble e Pozhitkov. «Il terzo stato suggerisce che la morte dell’organismo potrebbe svolgere un ruolo significativo nel modo in cui la vita si trasforma nel tempo».   Entrambi i tipi di biobot non durano più di 60 giorni e si dovrebbero biodegradare una volta morti. Ma non è chiaro come queste cellule riadattate riescano a vivere così a lungo dopo la morte del loro organismo. Non si conosce nemmeno la portata della loro capacità di sviluppare nuove funzioni post-mortem.   La scienza frankesteiniana, ovviamente, ricopre il progetto con il manto della medicina: gli anthrobot creati dalle cellule di un paziente umano potrebbero essere programmati per riparare quelle danneggiate, somministrare farmaci ed estirpare escrescenze cancerose.   «Una migliore comprensione del modo in cui alcune cellule continuano a funzionare e a trasformarsi in entità multicellulari anche dopo la scomparsa di un organismo è promettente per il progresso della medicina personalizzata e preventiva», concludono gli scienziati.   La verità è che potremmo trovarci nuovamente al cospetto di un caso come quello delle cellule HeLa, anche quelle – giustamente – definite da alcuni come una nuova specie di essere vivente.   HeLa è la linea cellulare umana più antica e più comunemente usata, ottenuta dal cancro alla cervice di una signora afroamericana morta nel 1951.Gli scienziati erano in cerca di cellule che potessero durare a lungo per permettere esperimenti. Le linee cellulari create fino a quel momento duravano pochi giorni. Si scoprì invece che le cellule del cancro all’apparato riproduttivo di questa signora nera erano prolifiche e durature come nient’altro osservato prima.   Invece che morire, il dottor Otto Gey, capo del laboratorio di coltura dei tessuti, scoprì che queste cellule in 20-24 ore raddoppiavano. Gey creò così la prima linea cellulare della storia umana, e, per amore della scienza, la diede in giro ad altri laboratori che la chiedevano. Più tardi le cellule sarebbero state anche vendute, tuttavia nessun brevetto fu depositato.

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Nessuno sapeva dell’origine delle cellule e a chi lo chiedeva era detto che la sigla HeLa corrispondeva al nome scandinavo «Helen Larson». I molti figli della signora Lacks non seppero nulla per decenni, non vennero né informati né consultati.   Le cellule HeLa sono dette «immortali»: se vi sono le condizioni, esse si moltiplicano indefinitamente – creano in pratica un organismo che non muore mai.   Le HeLa sono le prime cellule umane ad essere state clonate (1953). Da allora «sono state continuamente utilizzate per la ricerca su cancro, AIDS, effetti di radiazioni e sostanze tossiche, mappatura genetica e innumerevoli altre ricerche scientifiche». Secondo la scrittrice Rebecca Skloot, autrice del libro (poi divenuto film) La vita immortale di Henrietta Lacks, entro il 2009 «più di 60.000 articoli scientifici era stato pubblicato sulla ricerca effettuata su HeLa e quel numero stava aumentando costantemente a un ritmo di oltre 300 articoli ogni mese».   Negli anni ’60, le cellule HeLa furono inviate al satellite sovietico «Sputnik-6» e alle missioni spaziali umane per determinare gli effetti a lungo termine dei viaggi spaziali sulle cellule e sui tessuti viventi. Gli scienziati hanno scoperto che le cellule HeLa si dividono ancora più rapidamente in assenza di gravità. Le cellule HeLa sarebbero state testate anche in esperimenti di esplosione atomica.   Anche per i vaccini, il contributo non è stato minore. Le HeLa sono state usate da Jonas Salk negli anni Cinquanta per testare il primo vaccino antipolio e negli anni Ottanta per la creazione di vaccini anti-papillomavirus (HPV).   Emerse tuttavia che le linee cellulari non-HeLa si comportavano in modo bizzarro. Talvolta, comparivano in esse geni tipici degli esseri umani di colore: e si trattava invece di linee cellulari ottenute magari da bianchi.   Si scoprì così che un numero incredibile di linee cellulari erano state contaminate dalle HeLa, che, dotate di un’aggressività mai vista prima, sostituivano le altre linee cellulari con le quali venivano, magari anche solo fortuitamente, a contatto.   In pratica, molti scienziati pensavano di star sperimentando su una data linea cellulare; invece si trattava della HeLa, che aveva invaso e colonizzato tutti i vetrini possibili.

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Nel 2016 si parlava di almeno 488 linee cellulari contaminate da HeLa. Nel 2017 la lista ne contava 757. Secondo alcuni, si tratterebbe di un 10%-20% del numero totale. La contaminazione delle cellule HeLa, quando scoperta, divenne un problema diffuso in tutto il mondo, interessando anche i laboratori di molti importanti medici, scienziati e ricercatori, tra cui Jonas Salk. Si scoprì che anche i laboratori più segreti, con reparti posti sottoterra dove entrano solo scienziati militari bardati di tute da contenimento, avevano oramai vetrini che contenevano colture HeLa invece delle linee desiderate.   Questa catastrofe scientifica di fatto fece deragliare per sempre il progetto di Nixon di sconfiggere il cancro: i dati raccolti in tutti quegli esperimenti (costati miliardi del contribuente) erano da buttare.   Anche i sovietici, scoprirono con estrema sorpresa, erano stati colpiti. Perfino nelle loro strutture più segrete (quelle dove magari preparavano anche armi biologiche) HeLa era riuscita ad arrivare. Bastava, del resto, un breve contatto con un vetrino di cellule HeLa, o di cellule ritenute di un certo tipo ma divenute nel frattempo HeLa, per permettere a questo cancro di conquistare tutto lo spazio che gli si metteva a disposizione.   Ora, quanto ci vorrà prima che queste cellule morte autoassemblanti non scatenino una qualche catastrofe scientifica o civile?

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Biologia sintetica

RNA sintetico, gli scienziati sono vicini alla creazione della vita artificiale in laboratorio

Pubblicato

2 anni fa

il

4 Settembre 2024

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Una teoria alquanto controversa e dibattuta, sostiene che la vita abbia avuto origine quando l’RNA ha iniziato spontaneamente a replicarsi. Ora i ricercatori affermano di aver replicato parte di questo processo in laboratorio.

 

In alcune interviste rilasciate al Washington Post, alcuni esperti affermano di aver creato una molecola di RNA che ha prodotto copie di altri tipi di RNA, il che avvicina ulteriormente gli scienziati alla creazione in laboratorio delle condizioni per la vita primordiale sulla Terra.

 

I ricercatori del Salk Institute for Biological Studies hanno lavorato partendo dalla teoria secondo cui prima che esistessero il DNA o le proteine, l’RNA esisteva come ingrediente iniziale nel cosiddetto «brodo primordiale».

 

Come parte della loro ricerca, riporta WaPo, hanno creato una molecola di RNA realizzata in laboratorio che ha copiato accuratamente altre molecole e ha prodotto un enzima funzionante. Ora che l’istituto ha sperimentato ciò, è pronto a studiare le prime fasi evolutive della vita come mai prima d’ora, scrive Futurism.

 

Gerald Joyce, presidente del Salk e coautore di un nuovo articolo sulla ricerca pubblicato su Proceedings of the National Academy of Sciences, ha dichiarato al WaPo che, sebbene la molecola creata in laboratorio non sia ancora autoreplicante, quella che hanno creato rappresenta un enorme passo avanti verso la creazione artificiale della vita.

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Se si creasse un RNA in grado di replicarsi, ha affermato il Salk, «allora sarebbe vivo». «Questa è la strada che conduce alla nascita della vita in laboratorio o, in linea di principio, in qualsiasi parte dell’universo», ha dichiarato Joyce.

 

Come argomentato sul WaPo, l’RNA deve fare copie estremamente simili all’originale affinché l’evoluzione darwiniana (concetto sempre più fumoso ed avversato) possa avere luogo. Se qualcosa va storto, le cose iniziano a deteriorarsi rapidamente e, come una vecchia fotocopiatrice malfunzionante, ogni copia successiva diventa più sfocata finché non è chiaro quale fosse il materiale originale.

 

«Se il tasso di errore è troppo alto, non è possibile mantenere le informazioni» genetiche, ha spiegato il presidente. «Esplodono e basta».

 

Detto ciò, la replicazione esatta dell’RNA non funziona perché non prevede i tipi di mutazioni che favoriscono la crescita. Per ottenere la giusta quantità di deviazione, Joyce e il suo team hanno creato un RNA che fa copie di quello che è noto come «RNA martello», che taglia le molecole. Quando la molecola replicatrice fa il suo lavoro sull’RNA martello, ogni nuova generazione è stata anche in grado di tagliare, e ogni generazione successiva diventa anche più brava a replicarsi.

 

Questa nuova scoperta, è stata definita dal professore di scienze farmaceutiche presso l’Università della California a Irvine John Chaput come «monumentale». «All’inizio, l’ho trovato un po’ sbalorditivo», ha detto lo Chaput, che non era coinvolto nella ricerca. «È super-fantastico».

 

La ricreazione del supposto «brodo primordiale», ossia l’attuazione chimica di un contesto che può generare molecole organiche a partire dall’inorganico, viene spacciata come «studio delle origini della vita», ma nasconde, giocoforza, una delle ricerche principali di quel ramo della scienza laboratoriale chiamato biologia di sintesi, o biologia sintetica, o SynBio.

 

La biologia sintetica è una disciplina che sta tra l’ingegneria e la biologia che combina chimica, biotecnologia, ingegneria genetica, biologia molecolare, ingegneria chimica, ingegneria elettrica e bioinformatica per creare sistemi biologici artificiali.

 

Nel 2010 il genetista Craig Venter ha creato la prima forma di vita ritenuta come vita artificiale costruendo in laboratorio un batterio responsabile per la mastite nelle capre.

 

Come riportato da Renovatio 21, calcoli economici degli scorsi anni hanno stabilito che il mercato della biologia sintetica potrà valere in un prossimo futuro 3,5 trilioni di dollari.

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Armi biologiche

Ascesa della Biologia sintetica: il mercato della superbioingegneria può valere 3,6 trilioni

Pubblicato

4 anni fa

il

17 Maggio 2022

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  La Biologia sintetica (detta anche Synbio) è un campo della scienza che riprogetta interamente gli organismi viventi.   È come l’ingegneria genetica, ma eseguita a un livello più granulare: mentre l’ingegneria genetica trasferisce materiale genetico già esistente tra gli organismi, la Biologia sintetica può costruire nuovo materiale genetico da zero.   L’ingegneria genetica tradizionale usa strumenti, in ultima analisi, analogici – cioè geni preesistenti. Per questo, l’ingegneria genetica tradizionale è considerabile come un settore estrattivo.   Con la Biologia sintetica, aperta dagli studi pionieristici di Craig Venter, è possibile progettare integralmente il genoma di un organismo, producendo in laboratorio i geni di cui si ha bisogno.   La Biologia sintetica, dunque, si presenta come la definitiva forma di digitalizzazione delle scienze della vita.   In pratica, la Biologia sintetica è lo sforzo della scienza di creare la vita dal niente.   A giustificare questa forma di super-bioingegneria vi sono già vari argomenti, come l’applicazione dei suoi prodottinel mondo reale in grado di trasformare la nostra vita quotidiana.   McKinsey calcola che se tali usi potenziali diventassero realtà nei prossimi anni, potrebbero avere un impatto economico diretto fino a 3,6 trilioni di dollari all’anno entro il 2030-2040.   Un recente studio di McKinsey ha rilevato oltre 400 potenziali usi per la Biologia sintetica , suddivisi in quattro categorie principali:

Si prevede che il settore medico e sanitario sarà significativamente influenzato dalla biologia sintetica , con un impatto economico fino a 1,3 trilioni di dollari all’anno entro il 2030-2040.   La biologia sintetica ha una vasta gamma di applicazioni mediche. Ad esempio, può essere utilizzato per manipolare i percorsi biologici nel lievito per produrre un trattamento antimalarico.   Potrebbe anche migliorare la terapia genica. Utilizzando tecniche di Biologia sintetica, la società biotecnologica britannica Touchlight Genetics sta lavorando a un modo per costruire DNA sintetico senza l’uso di batteri, che sarebbe un punto di svolta per il campo della terapia genica.   Come noto, dopo l’iniezione massiva di vaccino COVID mRNA – di fatto, una terapia genica – l’accettazione per questo tipo di interventi genetici fra la popolazione è quasi totale.

La biologia sintetica ha il potenziale per fare un grande salto anche nel settore agricolo, fino a 1,2 trilioni di dollari all’anno già nel 2030.   Un esempio di ciò è il ruolo di biologia sintetica nell’«agricoltura cellulare», ovvero quando la carne viene creata direttamente dalle cellule: la famosa carne sintetica creata il laboratorio. Il costo della creazione di carne coltivata in laboratorio è diminuito in modo significativo negli ultimi anni e, per questo motivo, varie startup in tutto il mondo stanno iniziando a sviluppare una varietà di prodotti a base di carne a base di cellule.   Come riportato da Renovatio 21, Bill Gates sta investendo pesantemente sulla carne sintetica.

Utilizzando la biologia sintetica, i prodotti potrebbero essere adattati alle esigenze specifiche di un individuo. Ciò sarebbe utile in campi come i test genetici sugli antenati, la terapia genica e terapie cutanee anti-aging.   Entro il 2030-2040, la biologia sintetica potrebbe avere un impatto economico sui prodotti e servizi di consumo fino a 800 miliardi di dollari all’anno.

La biologia sintetica potrebbe anche essere utilizzata per aumentare l’efficienza nella produzione di energia pulita e biocarburanti. Ad esempio, le microalghe sono attualmente in fase di «riprogrammazione» per produrre energia pulita in modo economicamente fattibile.   Questo, insieme ad altri miglioramenti materiali ed energetici attraverso metodi di Biologia sintetica, potrebbe avere un impatto economico diretto fino a 300 miliardi di dollari ogni anno.   Questa nuova disciplina scientifica, tuttavia, oltre che lauti guadagni conduce a rischi esiziali del tutto nuovi per il nostro pianeta e per la razza umana.

 Apportare modifiche a qualsiasi sistema biologico può avere effetti a catena su interi ecosistemi o specie. Quando qualsiasi forma di vita viene manipolata, le cose non vanno sempre secondo i piani.

Alcune applicazioni della Biologia sintetica, come l’editing di embrioni, sono ovviamente ancora controverse – per il momento. Se questi tipi di applicazioni diventassero mainstream, potrebbero avere enormi implicazioni per la società, con il potenziale per aumentare la polarizzazione all’interno delle comunità.   Un’ulteriore preoccupazione è per le armi biologiche:  la Biologia sintetica potrebbe essere utilizzato per ricreare virus o manipolare batteri per renderli più letali, creando strumenti di morte.         Immagine di NIH Image Gallery via Flickr pubblicata su licenza Creative Commons Attribution-NonCommercial 2.0 Generic (CC BY-NC 2.0)        
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