Genetica. XNA, la vita artificiale

Genetica. XNA, la vita artificiale

Negli ultimi anni sono stati intaccati numerosi dogmi della biologia. Nuove molecole di DNA aprono prospettive rivoluzionarie nel campo della vita artificiale. I lavori più significativi vengono dai laboratori di J. Craig Venter.

Negli ultimi mesi la biologia sintetica ha fatto un grosso passo avanti, grazie allo sforzo collettivo dei ricercatori del Medical Research Council di Cambridge in Gran Bretagna, della Katholieke Universiteit di Lovanio (Belgio), dell’Arizona State University e della Syddansk Universitet di Odense (Danimarca) guidati dal brasiliano Vitor Pinheiro, un giovane ricercatore che lavora al centro di Cambridge. Il risultato di tanto lavoro, annunciato il 20 aprile 2012 con un articolo pubblicato sulla rivista Science, porta il nome collettivo di XNA, acronimo per Xeno Nucleic Acid, ovvero acidi nucleici artificiali (dal greco xenos, straniero), come dire una versione artificiale del codice della vita dalla caratteristica doppia elica. Per capire di cosa si tratta esattamente, può essere utile ricordare come sono composti il DNA e l’RNA, i polimeri organici che formano questo codice, che sono la base della vita perché contengono le informazioni genetiche necessarie per originare un organismo e sono in grado di replicarsi. Queste molecole sono costituite da un gruppo fosfato, uno zucchero e una delle cinque possibili basi azotate che compongono il codice genetico: nel caso del DNA, lo zucchero è il deossiribosio e le basi azotate sono adenina, guanina, citosina e timina, mentre per l’RNA lo zucchero è il ribosio e una delle quattro basi azotate, la timina,è sostituita dall’uracile.Le nuove molecole ribattezzate XNA sono state create dai ricercatori sul modello del DNA, ma utilizzando altri zuccheri, e precisamente l’arabinosio, il 2-fluoro-arabinosio, il treosio, un analogo bloccato del ribosio (Locked Nucleic Acid), l’anidroexitolo e il cicloesene, che originano rispettivamente le varianti ANA, FANA, TNA, LNA, HNA e CeNA degli acidi nucleici finora noti. La biologia sintetica non è affatto una novità: il processo di sintesi di geni in vitro è da tempo sfruttato a fini terapeutici, ad esempio per la produzione di vaccini, e nel 2010 i ricercatori del J. Craig Venter Institute hanno annunciato di aver prodotto un batterio sintetico ricreandone l’intero genoma. La novità più interessante del lavoro realizzato dal team di Pinheiro consiste nel fatto di essere riusciti per la prima volta a creare artificialmente in laboratorio le polimerasi, enzimi fondamentali per la trasmissione dell’informazione genetica perché sono in grado di ‘leggere’, trascrivere e retrotrascrivere le sequenze di acidi nucleici. È grazie alle polimerasi che la sequenza di basi degli XNA viene copiata in una sequenza complementare di DNA, utilizzata a sua volta come ‘stampo’ per assemblare un nuovo filamento di XNA uguale a quello di partenza. Una di queste molecole artificiali, l’HNA, sarebbe addirittura in grado di evolvere in laboratorio attraverso un processo di selezione naturale. Anche se la nuova ricerca è stata descritta, dagli autori, ma anche da gran parte della stampa, come un importante passo verso la creazione della vita artificiale, la strada da percorrere è ancora lunga. E l’inquietante possibilità che l’XNA sia utilizzato per costruire un organismo artificiale resta futuribile, anche se diversi commentatori, tra cui molti ricercatori, hanno sentito l’esigenza di sottolineare i potenziali rischi di questo tipo di ricerche. Resta il fatto che non stiamo parlando di un sistema genetico sintetico completamente autonomo, visto che queste molecole hanno ancora bisogno del DNA per replicarsi.Una prospettiva decisamente più realistica, anche se non immediata, è la possibilità di sfruttare le peculiarità di queste forme artificiali di DNA, per esempio la resistenza alle nucleasi, gli enzimi che attaccano e distruggono gli acidi nucleici. Una caratteristica che già lascia prevedere potenziali utilizzi in medicina – dalla farmacologia alla diagnostica molecolare – ma anche per le scienze dei materiali.Al momento però il contributo più significativo dell’XNA è quello di farci fare un passo avanti verso la comprensione dell’origine della vita. Oggi i biologi sono in genere concordi nel ritenere che l’RNA preceda nella scala evolutiva il ben più complesso DNA, mentre sappiamo ancora poco del passaggio precedente, ovvero della creazione dell’RNA. Sembra poco probabile che si possa essere trattato di un evento casuale, e una risposta potrebbe arrivare proprio da una di queste molecole artificiali, il TNA o acido treosinucleico, che ha la possibilità di legarsi a un filamento di RNA orientandosi in senso inverso o antiparallelo, esattamente come il DNA. Questa molecola potrebbe aiutare a fare un passo avanti nella comprensione delle reazioni chimiche che hanno generato la materia vivente.

Le principali tappe

giugno 2007

Il gruppo di Venter riproduce fedelmente in laboratorio il DNA di un batterio chiamato Mycoplasma mycoides.

agosto 2009

Ancora Venter protagonista. Il suo team modifica un DNA naturale, quello del batterio Mycoplasma mycoides, e lo trapianta nel Mycoplasma capricolum, un batterio di una specie molto vicina: in quest’ultimo batterio, il DNA modificato comincia a dividersi generando un nuovo ceppo del batterio Mycoplasma mycoides, quello donatore del DNA.

maggio 2010

Stavolta è un DNA sintetico, copia artificiale del DNA del Myco;plasma mycoides, a essere trasferito nella cellula batterica del Mycoplasma capricolum, privata del suo DNA: essa diventa così la prima cellula naturale controllata da un programma genetico costruito in laboratorio: inutile aggiungere che sono i ricercatori di Venter a segnare questa importante tappa.

aprile 2012

Il gruppo coordinato da Vitor Pinheiro dimostra che l’XNA, il primo DNA completamente sintetico, è in grado di immagazzinare informazioni e di evolversi alla stregua del DNA naturale.