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Biologia sintetica, ecco che cosa abbiamo creato finora

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Materia di tutt’altro che facile definizione, la biologia sintetica, che sfugge alle maglie delle classificazioni rigide. Un po’ biologia sì, ma anche chimica, ingegneria, informatica, fisica. Una delle definizioni che meglio cerca di abbracciare una branca così sfuggente alle classificazioni è quella della rivista Nature, che la definisce così: “la biologia sintetica consiste nella progettazione e nella costruzione di nuove parti biologiche, dispositivi e sistemi, e nel ridisegnare sistemi biologici naturali, esistenti, ai fini di renderli utili a qualche scopo”. Al di là delle definizioni, nei fatti, occuparsi di biologia sintetica, e rimanendo confinati allo spazio piccolo, e già complicatissimo da replicare, della cellula in sé, la storia in pochi anni ha già collezionato una serie di traguardi. Come a dire: la casa ancora non è del tutto fatta, ma di mattoni ne sono stati messi insieme diversi. Sia per quanto riguarda la struttura (le membrane cellulari e i gli organelli interni) che l’anima della casa, gli arredi interni (soprattutto il dna, il regista della vita di ogni cellula, anche in versione modificata). Ecco i principali mattoni messi insieme negli ultimi anni.

 

Genomi sintetici

L’ultima conquista in ordine temporale, è quella appena presentata sulle pagine di Science, con l’annuncio della creazione di cinque nuovi cromosomi sintetici di lievito. Cinque che si aggiungono al primo cromosoma di lievito sintetico creato nel 2014. Mettendo insieme tanti pezzi di dna, e affidando il completamento del cromosoma al lievito, i ricercatori del Synthetic Yeast Genome Project (Sc2.0) sono riusciti a creare 5 nuovi cromosomi, in grado di integrarsi nel lievito, ovvero di guidare i processi biologici al pari delle loro controparti naturali. Lo scopo ultimo è quello di assemblare in laboratorio un genoma complesso, quale quello di un eucariote (per intenderci: anche le cellule dell’essere umano, così come quelle di tutti gli animali sono eucariotiche). Per farne cosa? L’obbiettivo più ampio è quello di mettere insieme una macchina per la produzione di sostanze che abbiano un qualche interesse per l’essere umano, per esempio in medicina, o che possano essere utili all’ambiente, per esempio ripulendolo dagli inquinanti. Lo scopo insomma è quello di creare genomi sintetici per riprogrammare forme di vita.

Prima ancora di arrivare agli eucarioti però, una star della biologia molecolare, Craig Venter, famoso per aver, tra l’altro, sequenziato per primo il genoma umano, era già arrivata al traguardo di un intero genoma sintetico. Su un modello più semplice: una cellula procariotica, ovvero un batterio. Nel 2010 il team di Venter aveva infatti sintetizzato in laboratorio il genoma di Mycoplasma mycoides per poi introdurlo all’interno di un altro batterio privato del proprio materiale genetico. La cellula è risultata non solo vitale ma anche in grado di riprodursi, di fatto classificandosi come uno dei traguardi più importanti mai raggiunti nel campo della biologia sintetica: la creazione di una cellula batterica controllata da un genoma creato artificialmente.

Cellule minime

È uno degli obbiettivi della biologia sintetica: la creazione di cellule minime, che contengano solo ciò che è strettamente essenziale alla vita. Per realizzare strutture utili nel campo della medicina, per esempio, ma più in generale per capire qualcosa di più su ciò che è vita e anche per comprendere come si sono evolute le prime forme sul nostro pianeta. Un traguardo in realtà già raggiunto. Lo scorso anno, infatti, sempre il team di Craig Venter, annunciava sulle pagine di Science la creazione di un genoma batterico minimo, ovvero contenente solo i geni strettamente necessari alla vita. Quanti? 473. La cellula in questione è stata ribattezzata Syn 3.0 ed è stata ottenuta essenzialmente con un processo di sottrazione e miniaturizzazione dalla cellula con genoma sintetico ottenuta in precedenza, ovvero testando quali segmenti genomici e quanti geni erano necessari a creare una cellula vitale, fino a raggiunge appunto quota 473.

 

Oltre il softwarwe: la struttura

Considerando la biologia sintetica solo per quella parte della branca che si occupa di ricreare artificialmente sistemi come la cellula, lo scopo non è solo quello di mettere mano al dna. Come ci insegna l’informatica il software guida, ma è essenziale farlo poi girare su un hardware. Mantenendoci nel campo delle metafore, non basta ricreare il dna, è necessario anche saper maneggiare i componenti cellulari. Perché una cellula è moto di più del suo nucleo contente il dna.

Anche in questo campo la biologia sintetica ha raggiunto traguardi importanti, non solo per quel che riguarda la sintesi e la progettazione di macromolecole, come le proteine, un po’ i tuttofare della biologia (dalle attività enzimatiche, ai ruolo strutturali, a quelle di regolatrici dell’espressione di geni).

Una cellula è prima di tutto un ambiente confinato, separato dall’esterno dalla presenza di una membrana cellulare. Tentativi di ricreare questo ambiente si susseguono da decenni, e negli ultimi anni in questo campo diversi sono stati i traguardi tagliati. Nel 2012, per esempio, uno studiopubblicato su Journal of the American Chemical Society mostrava come fosse possibile creare membrane cellulari capaci di assemblarsi da sole, utilizzando reazioni chimiche che, rivendicavano gli autori della ricerca, non avevano equivalenti in biologia. Una scoperta che potrebbe aiutare a capire come sia avvenuto in passato il passaggio da materiale non vivente a materiale vivente. Appena due anni dopo, un’altra ricerca portava il traguardo a un gradino superiore. La membrana cellulare infatti non è l’unico compartimento di una cellula, considerando le più complesse cellule eucariotiche con diversi organelli ciascuno adibito a svolgere una specifica funzione. Nel 2014 dall’Olanda arrivava la notizia della creazione di una cellula eucariotica, con tanto di organelli, capace di svolgere qualche reazione chimica. I ricercatori a capo dello studio erano riusciti nell’impresa usando del materiale plastico: sfere di polistirene, riempite di enzimi, immerse in acqua e poi rivestire di un polimero che funzionasse da membrana cellulare. L’anno dopo la struttura della cellula artificiale si sarebbe arricchita di un componente più nella corsa all’imitazione di quelle naturali: il ribosoma, la fabbrica delle proteine.





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Detective presso Computer Crime Research Center. Investigazioni Roma. Ingegneria Elettronica e delle Telecomunicazioni Seminario Analisi del Crimine Violento Università di Roma

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Osiris-Rex, 5 motivi che ci hanno portato sull’asteroide Bennu

Antichissimo, non troppo piccolo, composto da elementi chimici unici per studiare il Sistema solare e l’evoluzione dell’Universo: Bennu è stato scelto dagli scienziati per tutte queste ragioni

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(foto: NASA’s Goddard Space Flight Center)

Scoperto quasi 20 anni, fa, antichissimo, non troppo piccolo, l’asteroide 101955 Bennu probabilmente possiede alcune delle caratteristiche che lo rendono più appetibile per gli scienziati. Tanto che la Nasa ha appena inviato con successo la missione Osiris-Rex, arrivata il 3 dicembre 2018 in prossimità di Bennu. L’obiettivo della missione è prelevare un campione dell’asteroide per poi riportarlo sulla Terra, nel 2023, e studiarlo. Tuttavia, nel Sistema solare ci sono ben 780mila asteroidi: perché gli scienziati della Nasa hanno scelto proprio Bennu? A spiegarlo è la stessa Nasa, che fornisce alcuni validi motivi per cui avere in mano anche pochi grammi di questo corpo celeste potrebbe essere molto importante per gli scienziati.

1. Verificare la validità dei modelli

Dalla sua scoperta, nel 1999, gli scienziati hanno fornito diverse previsioni sulle proprietà, ad esempio la composizione chimica: verificare se queste previsioni sono corrette è essenziale per confermare questi ed altri modelli sugli asteroidi, e, in caso contrario, individuare le criticità e migliorare le osservazioni telescopiche.

2. Dare informazioni sull’origine del Sistema solare

Questo asteroide potrebbe essersi formato dall’assembramento di materiali provenienti da stelle nella loro fase finale che hanno poi dato luogo al Sistema solare. Questi materiali potrebbero essere presenti anche in asteroidi più piccoli, che hanno raggiunto il suolo terrestre (come meteoriti): tuttavia, gli scienziati non ne conoscono la provenienza precisa e inoltre la loro composizione viene alterata dall’entrata in atmosfera.

Mentre Bennu potrebbe essere una fonte attendibile per rintracciare e studiare questi materiali, anche considerando che è molto antico e che si è conservato nel vuoto dello Spazio. Così, studiare la sua composizione chimica possono essere importanti per studiare meglio origini ed evoluzione dell’Universo.

3. Le qualità che lo hanno reso più facile da raggiungere

Arrivare non è certo stato semplice. Tuttavia, per alcune caratteristiche Bennu era l’asteroide ideale per una missione spaziale. Bennu è vicino alla Terra e ruota intorno al Sole nello stesso piano con cui lo fa il nostro pianeta, tutti elementi che hanno facilitato l’invio della missione. Le sue dimensioni, poi, non sono né troppo piccole né troppo grandi per un’esplorazione di questo genere: il suo diametro è di circa 492 metri(nell’immagine si vede il confronto con la Torre Eiffel, che è alta 324 metri).

4. Potrebbe darci informazioni sull’origine della vita 

Bennu potrebbe contenere tracce di molecole organiche, come catene di carbonio legate a idrogeno e ossigeno, che sono i costituenti essenziali della vita e di tutti gli esseri viventi. E potrebbe esservi anche acqua, intrappolata nei minerali che compongono l’asteroide .Studiare un campione di Bennu, dunque, potrebbe aiutare a capire qual è stato il ruolo degli asteroidi nella comparsa sulla Terra di composti chimici essenziali per la vita.

5. Studiare i rischi di impatto

La vicinanza di Bennu alla Terra potrebbe diventare significativo intorno al 2135, anno in cui, secondo le previsioni degli scienziati della Nasa, c’è una bassa probabilità che colpisca il nostro pianeta. Così gli scienziati hanno pensato di effettuare misurazioni che possano aiutare i nostri discendenti per prevedere il rischio di impatto di questo e altri asteroidi. Come? Ad esempio valutando un fenomeno fisico noto come effetto Yarkovsky, probabilmente alla base dell’avvicinamento di Bennu, che ogni anno avanza di 280 metri verso il Sole e la Terra. Questo effetto riguarda spesso piccoli corpi celesti come asteroidi e consiste in una spinta dovuta al fatto che la luce solare calda raggiunge un lato dell’asteroide, il quale poi ri-emette calore, mentre ruota intorno al Sole, dal lato non esposto.





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In Cina sono nati i primi bambini geneticamente modificati

Uno scienziato cinese ha affermato di aver modificato il dna di alcuni embrioni umani per immunizzare i nascituri contro l’hiv, e questo mese sarebbero nate le prime gemelle geneticamente modificate

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Un annuncio che lascia di stucco l’intera comunità scientifica e non solo. He Jiankui della Southern University of Science and Technology di Shenzhen (Cina) ha annunciato al mondo di aver lavorato al concepimento e alla nascita dei primi bambini geneticamente modificati: si tratterebbe di una coppia di gemelle cinesi, venute alla luce all’inizio di novembre. La notizia è stata diffusa dal Mit Technology Review, a cui ha fatto seguito l’intervista esclusiva all’agenzia Associated Press, nella quale He ha spiegato come grazie alla tecnica di editing genomico Crispr abbia in pratica tentato – riuscendoci, a suo dire – di immunizzare i futuri esseri umani dall’infezione da hiv, il virus dell’Aids, disattivando un gene. He si è assunto la responsabilità di quella che molti non esitano a definire una sperimentazione umana dai risvolti imprevedibili, sia dal punto di vista biologico sia etico.

La sperimentazione
Con l’appoggio del professore di fisica e bioingegneria statunitense Michael Deem, He e il suo team di ricerca hanno avviato una sperimentazione per la creazione di quello che è ufficialmente definito un vaccino contro l’hiv allo Home Women’s and Children’s Hospital di Shenzhen.

He riferisce che nello studio (di cui per ora non esiste pubblicazione né revisione da parte di esperti indipendenti) sono state coinvolte sette coppiecinesi che avevano richiesto di accedere ai servizi di fecondazione in vitro (Fiv). In tutte le coppie l’uomo aveva contratto l’Aids, mentre la donna era sana.

Partecipando alla sperimentazione le coppie avrebbero potuto effettuare la Fiv gratuitamente.

Ottenuta l’autorizzazione dal comitato etico della struttura e il consenso informato (anche se qualcuno dubita che i futuri genitori avessero compreso tutti i rischi) dei partecipanti, He e i suoi colleghi hanno dato inizio all’esperimento creando in totale 16 embrioni modificati geneticamente con Crispr-cas9 perché venisse inattivato il gene Ccr5. Tale gene codifica per una proteina di membrana che si ritiene costituisca la porta d’accesso dell’hiv alle cellule. Il senso è: niente Ccr5, niente infezione – o quantomeno una maggiore protezione dei nascituri. Una motivazione più che etica secondo i ricercatori, perché L’Aids in Cina e nel mondo costituisce un serio problema per la salute pubblica, nonché per il benessere della persona. Spesso, infatti, si giustificano i ricercatori, i pazienti affetti da Aids perdono il lavoro e vengono discriminati.

Dopo la fecondazione in vitro, gli embrioni in fase precoce di sviluppo sono stati analizzati per constatare l’avvenuta modifica del genoma. Di tutti gli impianti effettuati uno sarebbe andato a buon fine e la gravidanza sarebbe stata portata a termine questo mese. He riferisce che sono nate due bambine, Lulu e Nana, una delle quali porta entrambe le copie modificate del gene Ccr5, mentre l’altra è eterozigote.

Critiche e dubbi

Chi ha avuto modo di visionare i pochi dati consegnati da He all’organizzazione della conferenza internazionale sull’editing genomico che inizierà martedì ha già sollevato diverse obiezioni sia sullo svolgimento della pratica sia sull’ammissibilità etica.

Dal punto di vista tecnico si contesta la sicurezza con cui questi risultatisono stati diffusi perché i test effettuati non sarebbero in realtà sufficientiper poter affermare che la modifica sia andata a buon fine e soprattutto che l’utilizzo di Crispr-cas9 non abbia comportato danni al resto del genoma.

Se anche così fosse, poi, una delle gemelle sarebbe in pratica un mosaico di cellule, alcune con la modifica genetica e altre no, e questo non darebbe alcun vantaggio alla bambina perché risulterebbe comunque suscettibile all’infezione da hiv. Perché dunque scegliere di impiantare un embrione modificato sapendo a priori che non avrebbe avuto i vantaggi attesi e esponendo il nascituro a rischi ancora sconosciuti per la sua sicurezza? Alcuni esponenti della comunità scientifica internazionale fanno inoltre notare che Ccr5 facilita sì l’ingresso del virus dell’Aids nelle cellule ma da un’altra prospettiva conferisce resistenza verso altri tipi di infezioni più comuni, meno prevenibili e trattabili dell’hiv quali i virus dell’influenza e del West Nile – patologie per cui si muore tutt’oggi.

Oltre al caso particolare, poi, tornano prepotenti tutti gli interrogativi eticiche accompagnano la discussione sulle modifiche genetiche negli esseri umani, specialmente se effettuate sui gameti (ovociti e spermatozoi) o sugli embrioni perché attribuiscono tratti ereditabili dalla futura progenie.

Per He, però, il suo lavoro aiuterà le coppie e i loro figli e, nel caso la sperimentazione avesse causato danni, sentirà la stessa pena delle famiglie, assumendosene la piena responsabilità.





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Da Hal 9000 a Cimon, i robot con l’uomo fra le stelle

Ricostruito ‘gemello buono’ del computer di Odissea nello spazio

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L'assistente digitale Cimon sulla Stazione Spaziale con il comandante Alexander Gerst

L’uomo non è più solo nella conquista dello spazio. Al suo fianco ci sono nuovi assistenti digitali dotati di intelligenza artificiale, che promettono di aiutarlo nella gestione della routine quotidiana e delle emergenze: da Cimon, il robot volante che lavorerà con Luca Parmitano sulla Stazione spaziale internazionale (Iss), fino a ‘Case’, il gemello buono del temibile computer di ‘2001 Odissea nello spazio’, che è appena stato progettato da un’azienda texana in collaborazione con la Nasa.

L’idea è venuta all’ingegnere Pete Bonasso, esperto di intelligenza artificiale della TRACLabs Inc, che nel 1968 rimase impressionato dalla visione dell’inquietante Hal 9000 nella pellicola di Stanley Kubrick. Desideroso di riprodurlo nei suoi aspetti positivi, e non certo nei suoi istinti omicidi, ha progettato ‘Case’ (Cognitive architecture for space agents), un nuovo sistema di intelligenza artificiale capace di gestire in completa autonomia una futura stazione spaziale su un altro pianeta. La sua architettura prevede tre livelli: il primo controlla la parte hardware della stazione planetaria, inclusi i sistemi per il supporto vitale e l’alimentazione energetica; il secondo livello esegue il software che fa funzionare l’infrastruttura hardware; il terzo, infine, elabora soluzioni per affrontare la routine quotidiana e le emergenze.

A tutto questo si aggiunge poi un sistema capace di ragionare e valutare i dati che processa, per poi interfacciarsi con l’uomo e rispondere alle sue richieste. “I nostri colleghi e i nostri omologhi alla Nasa non sono preoccupati che il nostro Hal possa andare fuori controllo, perché non può fare nulla per cui non sia stato programmato”, rassicura Bonasso in un’intervista sul sito Space.com. Testato in un ambiente virtuale, il sistema ha dimostrato di saper gestire una stazione planetaria senza intoppi per almeno quattro ore consecutive.

Nell’attesa che Case prenda forma e inizi a operare nel mondo reale, l’intelligenza artificiale ha già cominciato la sua avventura nello spazio al fianco dell’uomo con ‘Cimon’ (Crew Interactive MObile CompanioN), il primo assistente digitale a bordo della Stazione spaziale internazionale (Iss).

Questo robot volante stampato in 3D è una sfera dal diametro di 32 centimetri e pesante cinque chili, con un display che mostra occhi, naso e bocca stilizzati. Progettato per ascoltare, osservare e parlare con l’uomo, ha debuttato pochi giorni fa dialogando per 90 minuti con l’astronauta europeo Alexander Gerst. Anche l’italiano Luca Parmitano lo avrà come compagno di viaggio nella sua prossima missione ‘Beyond’ nel 2019.





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5 star review  Difficile spiegare per me.Ho conosciuto i Bambini di Satana tramite mio figlio e ho trovato tanti argomenti interessanti,a volte scomodi,che i perbenisti non affrontano.Grazie ragazzi

thumb Susy Barini
12/30/2017

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