Assemblare un microorganismo unicellulare completamente sintetico, in cui tutti i cromosomi sono tutti realizzati artificialmente: è questo l’obiettivo del Synthetic Yeast Project (Sc2.0). Il microorganismo in questione è Saccharomyces cerevisiae, un lievito che possiede 16 cromosomi, un terzo dei quali è stato già sintetizzato in laboratorio, rendendo l’obbiettivo del Sc2.0 sempre più vicino. Ad annunciarlo è una serie di sette studi, pubblicati su Science, raccolti da un team di oltre 200 scienziati.
“Questo progetto ci prepara per la realizzazione di genoma sintetico che può essere utile in medicina e in altri settori,” ha spiegato Jef Boeke, tra i ricercatori a capo del progetto Sc2.0: “I cromosomi che siamo riusciti a sintetizzare ci aiutano a rispondere ad alcune domande di base riguardo il funzionamento del genoma e alla riprogrammazione dei cromosomi nelle cellule viventi”.
Il Saccharomuces cerevisiae è un importante modello per questa branca della biologia, e viene già utilizzato per produrre birra, biocarburanti ed alcuni tipi di farmaci. Una volta equipaggiato con un set di cromosomi sintetici e intercambiabili come quelli prodotti durante questo enorme lavoro – cinque i nuovi assemblati – potrebbe essere utilizzato per produrre antibiotici ancora più efficaci, o carburanti meno dannosi per l’ambiente.
Il progetto ha avuto inizio nel 2014, quando i ricercatori hanno assemblato il primo cromosoma sintetico del lievito, synIII, composto da oltre 272mila coppie di basi. Da allora altri 5 cromosomi (chiamati synII, synV, synVI, synX e synXII) sono stati assemblati.
Ma come si sintetizza un genoma in laboratorio? Per cominciare, bisogna ricordare la definizione di cromosoma: si tratta di una struttura organizzata, una specie di pacchetto, contenente la gran parte del DNA di un organismo vivente. La maggior parte degli organismi eucarioti possiede diversi cromosomi (ad esempio ce ne sono 46 negli esseri umani), che si spartiscono il diverso materiale genetico. Durante la ricerca, gli scienziati hanno identificato le porzioni codificanti dei vari segmenti del DNA del lievito, realizzando una sorta di catalogo, ognuno associato alla sua caratteristica. Al tempo stesso alcuni segnmenti del DNA spazzatura, apparentemente non utili e codificanti per proteine, sono stati scartati, ovvero eliminati dalla progettazione dei cromosomi. Con l’aiuto di un software, chiamato BioStudio, i ricercatori hanno assemblato i segmenti di DNA sintetico in catene sempre più lunghe; una volta pronte, queste sono state inserite nel lievito, dove i meccanismi cellulari hanno completato la costruzione del cromosoma.
Nonostante alcuni dei cambiamenti effettuati dagli scienziati siano stati drastici (ad esempio in alcuni casi intere sezioni di DNA sono state spostate da un cromosoma all’altro, o addirittura scambiate tra diverse specie), i lieviti hanno continuato a crescere normalmente. Sebbene l’integrazione non sia stata completa: non tutti i cromosomi sintetici sono stati sostituiti contemporaneamente in una singola cellula. Lo scopo del progetto ora, accanto alla sintesi dei cromosomi mancanti per completare il genoma del lievito, rimane quello.
Riferimenti: Science
