Rimodellare il mondo biologico è troppo complicato. Perché, allora, non reinventarlo ? Nasce così la biologia sintetica. Alcuni studenti del MIT, tra i più prestigiosi istituti di ricerca scientifica del mondo, sono impegnati nello sviluppo di contatori biologici. Al posto dei tradizionali transistors, catene di DNA, materiale organico, vivo, pulsante. Da inserire in batteri viventi. Qualche anno fa, sempre al MIT, si programmavano batteri per formare colonie a pois. Oggi si progettano microorganismi che lampeggiano come le luci di natale. Gli studenti del MIT sono tutti riuniti attorno a un guru della computer science, Tom Knight. “Si tratta di un cambiamento drammatico”, dice Knight, che in passato ha progettato alcune delle primissime interfacce di rete.

Al MIT, Tom Knight è una leggenda. Quando era ancora studente, negli anni Sessanta, lavorò insieme a Marvin Minsky ai primi vagiti dell’intelligenza artificiale. Nei primi anni ’90, Knight era in cerca di nuove sfide e rimase affascinato dal lavoro di Harold Morowitz, un fisico passato alla biologia a Yale specializzandosi nella modificazione genetica di batteri chiamati “mollicuti”, delle creature talmente piccole da contenere “solo” un miliardo di atomi. Knight si appassionò così all’ingegneria genetica e insieme a Gerry Sussman, un altro veterano del laboratorio di Artificial Intelligence, entrarono in contatto con l’agenzia Darpa, interessata al funzionamento dei sistemi bio-informatici. Subito dopo, Knight mise su il suo personale laboratorio cominciando a studiare il modo in cui le sequenze di DNA potevano essere ri-disegnate in modo pratico e utile a determinati scopi. Knight battezzò le sequenze “biobricks” e rilasciò la sua prima serie nel 2001.

Da allora, gli studenti del suo corso di biologia sintetica al MIT, stanno realizzando circuiti genetici progettati specificatamente per comandare determinate sequenze genetiche, ad per accendere o spegnere un certo gene o per sintetizzare una certa proteina. Una volta fatti tutti i test in laboratorio, le specifiche vengono spedite via Internet alla Blue Heron, una ditta di Seatle specializzata in sintesi genetica, che provederà a “fabbricare” il relativo DNA e a rispedirlo indietro al laboratorio del MIT, dove verrà inserito nel campione di E. coli.

Nel 2000, Michael Elowitz, oggi professore al Caltech, descrisse come aveva ingegnerizzato un circuito genetico all’interno dell’E.Coli che consisteva di tre cosiddetti “geni repressori” spegnendoli e accendendoli ritmicamente. Allacciando una proteina fluorescente ad uno di questi geni realizzò un batterio che lampeggia come una lucciola. Elowitz chiamò il suo sistema “repressillatore”, ovvero un oscillatore fatto di repressori.

“L’obiettivo della biologia sintetica”, dice Endy, uno degli studenti di Knight, “è di reimplementare la vita in un modo di nostra scelta”. Per la sua laurea a Dartmouth, Endy ha sviluppato un modello al computer del T7, un virus che infetta il batterio E.Coli, descrivendo cosa succede quando il T7 attacca la sua preda – ad esempio quali geni sono coinvolti e in che modo. Ma il vero test per un modello è quanto bene riesce a prevedere l’avvento di circostanze del tutto speciali. Così, Endy ha riarrangiato il DNA del T7 creando delle catene mutanti con cui il virus ha sintetizzato le sue proteine in un differente ordine. Ha poi usato il nuovo modello per vedere cosa accadrebbe nell’infettare un E. coli.

Si conta di giungere, entro una decade, o forse ancor prima, a creare batteri artificiali in grado di produrre farmaci che attualmente devono essere meticolosamente estratti da piante rare. Oppure virus contenuti in rivestimenti proteici che possono essere usati per produrre detrminate strutture molecolari. In un più distante futuro, la biologia sintetica consentirà la realizzazione di organismi più complessi come super-coralli che succhiano carbonio dalla biosfera e lo depositano in materiali da costruzione, o anche aggiungere nuovi cromosomi al genoma umano per ottenerevarie forme di “augmentation” umana.

Per molti scienziati, la biologia sintetica consentirà di penetrare più a fondo nei fitti misteri della biologia. Imitare la natura – orchestrando le interazioni tra geni e proteine innescate da qualche evento esterno – è un modo per scoprire i principi fondamentali che governano i sistemi viventi. Elowitz, ad esempio, sta usando il suo repressillatore per studiare il modo in cui i rumori interferiscono con la capacità delle cellule di inviare e ricevere segnali interni.

Ma le cose sono più complicate di quanto sembrano. La Blue Heron non può rirodurre qualsiasi sequenza. È’ successo che la compagnia abbia provato a iniettare il DNA sintetico nelle cellule da replicare e queste si siano rifiutate di collaborare. È successo anche che le cellule spedite dalla Blue Heron al MIT e poi inserite nei batteri non abbiano funzionato.

Non basta dunque far coincidere i tasselli del mosaico genetico. Dato che si tratta di materia organica, vivente, le risposte sono il più delle volte imprevedibili. Il mistero della vita rimane ancora imperscrutabile. Quando Richard Feynman abbandonò definitivamente l’ufficio della Caltech nel 1988, disse: “Ciò che non posso creare, non posso capire”. È proprio il caso della biologia sintetica. Questo articolo è stato pubblicato dai periodico “Technology Review” e “Wired News”.

Istituzioni correlate all'articolo:

Massachusetts Institute of Technology

Synthetic Biology Berkeley Lab

Blue Heron Biotechnology

California Institute of Technology