Ricerca: per la prima volta Dna ‘Alieno’ produce proteine nelle cellule viventi

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Dal ‘piccolo chimico’ alla biologia sintetica: un Dna ‘alieno’ ha prodotto per la prima volta delle proteine ??in alcune cellule viventi. Negli ultimi miliardi di anni la vita ha lavorato con un limitato vocabolario a disposizione, adesso gli scienziati hanno aggiunto delle lettere ‘aliene’ al limitato abbecedario della biologia. Floyd Romesberg dello Scripps Research Institute di La Jolla, in California, insieme al suo team ha manipolato cellule batteriche di Escherichia coli per incorporare due tipi di basi chimiche, o lettere, estranee nel loro Dna.

Le cellule quindi hanno usato quell’informazione per inserire aminoacidi innaturali in una proteina fluorescente. L’eccezionale esperimento è descritto su ‘Nature’ online. Gli organismi codificano naturalmente informazioni ereditabili usando solo quattro basi: adenina (A), timina (T), citosina (C) e guanina (G). Queste coppie tengono insieme la doppia elica del Dna.

Il nuovo lavoro è il primo a dimostrare che delle basi innaturali possono essere utilizzate per produrre proteine ??all’interno di una cellula vivente. Il risultato, spiega Romesberg, mostra che la biologia sintetica – un campo focalizzato sull’integrazione di nuovi tratti in organismi viventi – può raggiungere i suoi obiettivi, reinventando gli aspetti più basilari della vita. “Non esiste un sistema biologico così fondamentale e intimamente correlato a ciò che siamo come l’archiviazione e il reperimento delle informazioni”, afferma. “Quello che abbiamo fatto è progettare una nuova parte che funzioni proprio accanto alle parti esistenti, e possa fare tutto ciò che fanno queste ultime”. 

Diversi team nel mondo stanno tentando di espandere il codice genetico. Le quattro basi naturali del Dna possono essere disposte in 64 combinazioni di tre lettere diverse, chiamate codoni, che codificano gli aminoacidi. Ma quasi tutte le proteine ??necessarie per la vita sono costituite da soli 20 aminoacidi. Alcuni ricercatori, tra cui il genetista George Church dell’Harvard Medical School di Boston, stanno lavorando per ricostituire i codoni ridondanti per specificare nuovi aminoacidi.

Il gruppo di Romesberg, invece, sta esplorando una strategia diversa: l’aggiunta di una coppia di basi completamente nuova nel Dna. Ciò aumenterebbe enormemente il numero di possibili codoni, in teoria dando alle cellule la possibilità di sfruttare più di 100 aminoacidi extra. Ebbene, dopo una serie di tentativi, in cui l’E. coli semisintetico perdeva o rigettava il Dna alieno, ora invece in quest’ultima ricerca il team è riuscito a creare cellule sane che possono finalmente gestire il loro Dna estraneo.

In alcuni esperimenti separati, le cellule hanno incorporato due aminoacidi innaturali (chiamati PrK e pAzF) in una proteina che emette un bagliore caldo e verde. Per consentire alle cellule di utilizzare questi nuovi componenti, i ricercatori hanno creato versioni modificate di molecole chiamate tRna, che funzionano per leggere i codoni e traghettare gli aminoacidi giusti alle fabbriche di proteine ??delle cellule, i ribosomi. La ricerca va avanti, e potrebbe portare alla produzione di nuovi farmaci basati su proteine.