Genetica. Sintetizzato il primo cromosoma artificiale in una cellula vivente

di Viola Rita

Per la prima volta creato un intero cromosoma eucariotico funzionante, integrato nel lievito di birra. Un passo importante nella biologia sintetica, secondo i ricercatori, che potrà essere utile anche per produrre più rapidamente ceppi di lievito potenzialmente impiegabili in farmaci rari, vaccini o biocarburanti. Lo studio su Science

30 MAR - Un esempio di come la biologia sintetica da teoria diventa realtà: oggi è stato sintetizzato il primo cromosoma artificiale eucariotico nel lievito di birra (Saccharomyces cerevisiae nell'immagine). Lo studio, condotto da un team internazionale di ricercatori (Università di New York e di Johns Hopkins, Istituti europei ed altri Istituti), è stato pubblicato ieri su Science, col titolo Total Synthesis of a Functional Designer Eukaryotic Chromosome. Il cromosoma sintetizzato è stato chiamato dagli scienziati synIII.
 
Si tratta del primo intero cromosoma eucariotico completamente funzionante mai sintetizzato, come riportano gli esperti. “Questo lavoro rappresenta il più grande passo all’interno di uno sforzo internazionale per costruire l’intero genoma del lievito sintetico”: lo ha affermato il Dottor Jef Boeke, Direttore del Langone Medical Center's Institute for Systems Genetics dell’Università di New York. “È il cromosoma più ampiamente artificiale mai costruito. Ma il traguardo che conta veramente è l’integrazione del cromosomain una cellula di lievito vivente. Abbiamo dimostrato che le cellule di lievito contenenti questo cromosoma sintetico sono straordinariamente normali. Tali cellule si comportano in modo quasi identico a cellule di lievito originarie, solo che esse ora possiedono nuove funzionalità ed hanno capacità che quelle originarie non possiedono”.  
Il lievito di birra è costituito da un totale di 16 cromosomi, contro le 23 coppie di cromosomi (46 in tutto) dell’uomo e condivide circa un terzo dei suoi 6000 geni con il Dna umano.
Gli scienziati hanno impiegato sette anni di lavoro per costruire il cromosoma, legando insieme quasi 274 mila coppie basi di DNA, costituendo un codice più piccolo di quello originario, che è composto da oltre 316 mila coppie di basi. Il Dottor Boeke ed il suo team hanno effettuato più di 500 alterazioni genetiche a partire da queste basi, rimuovendo le sezioni ripetute di quasi 48 mila coppie di basi che non erano necessarie per la crescita e la riproduzione del cromosoma, come riferiscono gli esperti. Ed è stato rimosso anche il ‘Dna spazzatura’ (junk Dna), cioè quella parte di Dna che non codifica per nessuna proteina, ed i ‘geni che saltano’ (jumping genes), non codificanti, che si muovono nel Dna appunto attraverso dei ‘salti’.
 
“Quando modifichi il genoma stai ‘giocando d'azzardo’. Un’alterazione errata può distruggere la cellula. Abbiamo fatto oltre 50 mila modifiche al codice del DNA nel cromosoma e il nostro lievito è ancora in vita. Questo è notevole. Ci mostra che il nostro cromosoma sintetico è resistente, e conferisce al lievito nuove proprietà”, ha spiegato Boeke, che sottolinea come, mediante questo lavoro, si potrebbe ottenere un lievito in grado di sopravvivere a nuove condizioni, come ad esempio la “tolleranza di più alti livelli alcolici”.
Tra le applicazioni di questo lavoro, i ricercatori sostengono di essere in grado di sviluppare più rapidamente ceppi sintetici di lievito che potrebbero essere utilizzati nella fabbricazione di farmaci per malattie rare, come artemisinina per la malaria, o nella produzione di alcuni vaccini, compreso quello per l’epatite B, che è derivato dal lievito. Questo lievito sintetico, dicono sempre i ricercatori, potrebbe essere utilizzato anche per sostenere lo sviluppo di biocarburanti più efficienti , come l'alcol, il butanolo e il biodiesel.
 
Dopo il primo cromosoma, synIII, probabilmente ne costruiranno altri, nell’obiettivo di compiere i primi passi per la riproduzione del funzionamento del genoma di questo organismo, come sottolinea Boeke.
Il suo team, con un ulteriore sostegno da parte di studenti arruolati nel progetto Build a genome, sta già lavorando sull’assemblaggio di coppie di basi in ‘pezzi’ di più di 10mila coppie. E nel programma hanno pianificato di studiare il cromosoma synIII, rimuovendolo, duplicandolo o modificandone l’ordine dei geni.
 
Viola Rita

30 marzo 2014
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