Costruito un DNA contenente “lettere” non naturali. “Alieno”? No, geniale!

Il codice della vita è da sempre scritto in un alfabeto di sole 4 lettere A, T ,C e G che compongono la molecola di DNA. Come nel caso delle parole in questa pagina, è proprio la sequenza delle lettere a definire il messaggio.
La notizia pubblicata sull’ultimo numero di Nature è che un gruppo di ricercatori diretto da Floyd Romesberg, un biochimico che lavora al Scripps Research Institute in La Jolla (California), ha aggiunto due nuove lettere a questo alfabeto. In prospettiva questo permetterà di aumentare la complessità delle parole che possono venir scritte e di creare cellule che siano delle vere e proprie fabbriche per nuovi farmaci.
Come è facile immaginare la cosa è molto più complessa di quanto emerga da queste poche righe. Ci sono voluti ben 15 anni di duro lavoro per arrivare a questo punto risolvendo problemi tecnici notevoli. E molti altri problemi dovranno venir risolti prima di poter arrivare ad una applicabilità della tecnologia. Così oggi la scoperta è più che altro una promessa di future applicazioni biotecnologice. Ma è già un grande successo della conoscenza.
Ma cerchiamo di intravedere i dettagli della tecnologia descritta nell’articolo. Come tutti sappiamo la molecola di DNA è una doppia elica costituita da due filamenti tra loro complementari, ognuno dei quali costituisce lo stampo per la sintesi dell’altro. Le 4 lettere (o basi) sono a due a due complementari: ad una A (adenina) su un filamento si appaia sempre una T (timina) sull’altro filamento opposto, ad una C (citosina) si affaccia sempre una G (guanina). Già altri scienziati, primo tra tutti Steven Benner, erano stati in grado di introdurre nel DNA basi non canoniche. Ma si trattava solo di piccole modifiche delle basi naturali. Le due nuove basi costruite dalla gruppo di Romesberg assomigliano poco a quelle naturali. C’è voluto uno sforzo notevole per identificare tra 60 possibili molecole candidate quelle in grado di formare coppie stabili e specifiche sul modello di quelle naturali (tipo A:T) che non alterassero la geometria della doppia elica del DNA. Alla fine i ricercatori hanno isolato due composti, chiamati d5SICS e dNaM, che venivano utilizzati dai meccanismi enzimatici che nelle cellule sono deputati a copiare e trascrivere il DNA.
Tutto risolto quindi? No. Perché la cellula per duplicare un DNA contenente basi non naturali deve essere in grado di sintetizzarle. E dare alle cellule la capacità di sintetizzare 2 nuove molecole è veramente al di là di quanto siamo in grado di fare. A rendere ancora più difficile il compito, le cellule non sono neanche in grado di assumere le basi (o meglio i loro derivati utili chiamati nucleotidi) con la dieta. Fortunatamente per Romesberg, un alga unicellulare esprime una proteina adatta allo scopo. Quando espressa nel batterio Escherichia coli, la proteina permette alle molecole di passare attraverso la membrana cellulare permettendo cosi al batterio di replicare il DNA non naturale. Tra l’altro questo trucco rappresenta anche un sistema di bio-sicurezza. Quando non si vuol più permettere alle cellule di sintetizzare del DNA con le basi non naturali basta eliminarle dalla dieta. Questo significa che la crescita potrà avvenire solo in laboratorio.
Per ora i ricercatori sono riusciti a fare replicare nel batterio una piccola molecola di DNA lunga qualche migliaia di coppie di basi di cui una sola coppia non naturale. Ma non ci sono motivi per pensare che non si possa fare di meglio ed arrivare a molecole di DNA tutte artificiali. Il problema a quel punto sarà di manipolare il sistema di traduzione e rendere la cellula capace di leggere il nuovo codice genetico. E poi si dovrà affrontare il problema delle proteine che interagiscono con DNA regolando l’attività dei geni. Ovviamente le proteine naturali non sono in grado di interagire con le nuove basi. Insomma molti problemi e molte sfide la cui soluzione aumenterà la nostra conoscenza di come funziona una cellula. Ma anche molte promesse di sviluppi applicativi come appunto quello di arrivare a sintetizzare nuove proteine con aminoacidi non naturali da utilizzare, ad esempio, in terapie antitumorali o antivirali. Proprio per questo Romesberg e collaboratori hanno fondato una società denominata Synthorx a San Diego, in California, per commercializzare la loro scoperta.