Tutto ciò che è vita,
ogni essere vivente,
è costruito in base alle informazioni contenute nel DNA.
Che cosa significa?
Che proprio come la lingua inglese
è formata da lettere dell'alfabeto che, combinate in parole,
mi permettono di raccontarvi ciò che sto per raccontarvi,
il DNA è composto da lettere genetiche che, combinate in geni,
permettono alle cellule di produrre proteine,
sequenze di amminoacidi ripiegate in strutture complesse
che permettono alla cellula di fare quello che fa,
di raccontare le sue storie.
L'alfabeto inglese ha 26 lettere e quello genetico ne ha quattro.
Sono famose, le avrete sentite nominare. Spesso vengono chiamate G, C, A e T.
Ma è sorprendente che tutta la varietà della vita
sia il risultato di quattro lettere genetiche.
Immaginate se l'alfabeto inglese avesse quattro lettere.
Che tipo di storie potreste raccontare?
E se l'alfabeto genetico avesse più lettere?
La vita con più lettere potrebbe raccontare storie diverse?
Forse anche più interessanti?
Nel 1999, all'Istituto di ricerca Scripps a La Jolla, in California
abbiamo iniziato a lavorare su questo con lo scopo di creare organismi viventi
con un DNA composto da sei lettere genetiche,
le quattro lettere naturali e in aggiunta due lettere create dall'uomo.
Un tale organismo sarebbe stato la prima forma di vita alterata mai creata.
Una forma di vita semisintetica
contente più informazioni di quante la vita ne abbia mai contenute.
Potrebbe creare nuove proteine,
costruite con più dei 20 amminoacidi naturali
che solitamente formano le proteine.
Che storie racconterebbe quella vita?
Grazie alla chimica sintetica e alla biologia molecolare
e con poco meno di 20 anni di lavoro,
abbiamo creato dei batteri con un DNA a sei lettere.
Vi spiego come.
Ricorderete, dalle lezioni di biologia del liceo,
che le quattro lettere naturali si abbinano per formare due coppie di basi.
La G si unisce alla C e la A alla T.
Per creare le nostre nuove lettere,
abbiamo sintetizzato centinaia di nuove possibili lettere
e studiato la loro capacità di unirsi selettivamente l'un l'altra.
E dopo circa 15 anni di lavoro
ne abbiamo trovate due che si abbinano proprio bene,
almeno nei test in provetta.
Hanno nomi complicati,
ma chiamiamole solo X e Y.
Lo step successivo era trovare un modo per inserire X e Y nelle cellule,
e abbiamo scoperto che una proteina che fa qualcosa di simile nelle alghe
funzionava nei nostri batteri.
L'ultima cosa da fare
era dimostrare che con l'aggiunta di X e Y,
le cellule potevano crescere, dividersi e mantenere X e Y nel loro DNA.
Per fare tutto questo, ci avevamo messo più del previsto.
Io sono una persona molto impaziente.
Ma questo, il passo più importante, ha funzionato prima di quanto sperassi.
Praticamente subito.
In un fine settimana del 2014,
un mio studente ha fatto crescere dei batteri con DNA a sei lettere.
Colgo l'occasione per presentarveli.
Questa è una loro immagine.
Questi sono i primi organismi semisintetici.
Dei batteri che hanno un DNA a sei lettere, bello vero?
Alcuni di voi si staranno ancora chiedendo perché.
Vi spiego meglio le nostre motivazioni,
sia sul piano teorico che pratico.
Dal punto di vista teorico, la gente riflette sulla vita,
su cosa differisca da ciò che non è vivo,
dagli albori del pensiero.
Molti pensano che la vita sia la perfezione
e che sia la prova dell'esistenza di un creatore.
Gli essere viventi sono diversi perché qualche Dio ha dato loro la vita.
Altri hanno cercato una spiegazione più scientifica,
ma si può dire che anche loro ritengano speciali le molecole della vita.
Insomma, l'evoluzione le ha perfezionate per miliardi di anni, giusto?
Da qualunque punto di vista, sembra impossibile
che i chimici possano costruire nuovi pezzi
che funzionano accanto e all'interno delle naturali molecole della vita
senza in qualche modo incasinare tutto.
Ma quanto è stata perfetta la nostra creazione o evoluzione?
Quanto sono speciali le molecole della vita?
Queste erano domande impossibili da fare,
perché non avevamo nulla a cui paragonare la vita.
Ora il nostro lavoro suggerisce
che forse le molecole della vita non sono così speciali.
Forse la vita come la conosciamo non è l'unica possibilità.
Forse non siamo l'unica possibilità e neppure la migliore.
Solo una possibilità.
Queste sono domande fondamentali sulla vita,
ma forse suonano un po' esoteriche.
Quindi, quali sono le motivazioni pratiche?
Vogliamo esplorare quali nuove storie
racconterebbe la vita a vocabolario espanso.
Le storie, in questo caso,
sono le proteine prodotte dalle cellule e le funzioni che hanno.
Quindi, quali nuove proteine con nuove funzioni
potrebbero creare e magari usare i nostri organismi semisintetici?
Abbiamo un paio di cose in mente.
La prima è indurre le cellule a creare proteine per il nostro uso.
Oggi le proteine sono usate
per un numero sempre crescente di applicazioni,
dai materiali per le protezioni militari
ai sistemi che individuano sostanze pericolose,
ma, almeno per me,
l'uso più interessante è quello a scopo medico.
Nonostante siano recenti,
i farmaci proteici hanno già rivoluzionato la medicina.
Per esempio, l'insulina è una proteina.
La conoscerete, è prodotta come un farmaco
che ha cambiato completamente la cura del diabete.
Il problema è che le proteine sono difficili da produrre
e l'unica soluzione è far sì che le cellule le producano per noi.
Ovviamente, con le cellule naturali
si possono creare solo proteine con amminoacidi naturali,
e le proprietà che queste possono avere,
e le applicazioni per cui si possono sviluppare,
sono limitate dalla natura degli amminoacidi
che le compongono.
Eccoli, quindi,
i normali 20 amminoacidi che insieme formano una proteina,
penso riuscirete a vedere che non sono poi tanto diversi.
Non hanno funzioni così differenti.
Non rendono disponibili molte funzioni diverse.
Confrontatele con le piccole molecole con cui i chimici realizzano i farmaci.
Sono molto più semplici delle proteine,
ma sono create da una gamma più ampia di elementi diversi.
Non fate caso ai dettagli molecolari,
ma penso noterete quanto sono differenti.
Ed è la loro diversità a renderle perfette come medicine
per curare diverse malattie.
È stimolante chiedersi che nuovi medicinali a base di proteine
si potrebbero avere se si creassero proteine da componenti diversi.
Possiamo indurre il nostro organismo semisintetico
a fare proteine che includano nuovi e diversi amminoacidi,
magari selezionati per conferire alla proteina
le funzioni e proprietà che desideriamo?
Per esempio,
molte proteine non sono stabili se iniettate nel nostro corpo.
Vengono degradate o espulse velocemente
e ciò impedisce loro di agire da medicine.
E se creassimo proteine con nuovi amminoacidi
associando loro qualcosa
che le protegga dall'ambiente,
dall'essere degradate o espulse,
per renderle dei farmaci migliori?
Possiamo creare proteine con delle piccole dita
che si appiglino ad altre specifiche molecole?
Molte piccole molecole sono state inefficaci come farmaci
perché non così specifiche da trovare il loro bersaglio
nel complesso ambiente del corpo umano.
Sarebbe possibile renderle parti di nuovi amminoacidi
che, incorporati in una proteina,
siano guidati dalla stessa al loro bersaglio?
Ho fondato un'impresa biotech chiamata Synthorx.
Synthorx sta per "organismo sintetico"
con la X finale aggiunta perché nel nostro settore si fa così.
(Risate)
Synthorx lavora con il mio laboratorio,
è interessata ad una proteina che riconosce un certo recettore
sulla superficie di cellule umane.
Il problema è che riconosce anche
un altro recettore sulla stessa superficie,
e questo la rende tossica.
Potremmo fare una variante di quella proteina
in cui la parte che interagisce con il recettore indesiderato sia coperta,
bloccata da una specie di ombrello
così che la proteina interagisca solo con il recettore buono?
Sarebbe molto difficile da fare,
o impossibile con i normali amminoacidi,
ma non con quelli pensati specificatamente a tale scopo.
Far sì che le cellule semisintetiche
agiscano come fabbriche di farmaci proteici migliori
non è l'unica applicazione interessante,
perché sono le proteine a permettere alle cellule di fare ciò che fanno.
Quindi, se abbiamo cellule che creano proteine con nuove funzioni,
possiamo indurle a fare quello che le cellule naturali non fanno?
Per esempio, potremmo sviluppare organismi semisintetici
che, iniettati in una persona, cerchino le cellule cancerose
e, solo una volta trovate, emettano una proteina tossica per ucciderle?
Potremmo creare batteri che fagocitano olio
per rimuovere le perdite di petrolio?
Queste sono solo un paio di storie differenti
che la vita a vocabolario espanso potrebbe raccontare.
Sembra fantastico, giusto?
Iniettare nelle persone organismi semisintetici,
rilasciare milioni e milioni di litri dei nostri batteri nell'oceano
o sulle nostre spiagge preferite?
Aspettate, in realtà sembra davvero spaventoso.
Questo dinosauro è spaventoso.
Ecco il punto:
i nostri organismi semisintetici, per poter sopravvivere,
devono ricevere i precursori chimici di X e Y.
X e Y sono completamente diversi da qualsiasi cosa esistente in natura.
Le cellule non li posseggono e non sanno produrli.
Così, quando li prepariamo
e li facciamo crescere in laboratorio,
li nutriamo con tanto cibo innaturale.
Poi, quando li rilasciamo in una persona o su una spiaggia,
non hanno più accesso al loro cibo speciale,
possono crescere e sopravvivere per un po',
forse abbastanza da svolgere qualche funzione desiderata,
ma poi il cibo inizia a scarseggiare.
Iniziano a soffrire la fame.
Muoiono di fame e scompaiono.
Non solo faremmo raccontare alla vita nuove storie,
ma le diremmo anche quando e dove raccontarle.
All'inizio di questo intervento, ho detto che nel 2014 abbiamo annunciato
la creazione di un organismo contenente nuove informazioni,
X e Y, nel suo DNA.
Ma tutti gli scopi di cui abbiamo appena parlato
richiedono l'uso di X e Y per fare proteine,
quindi abbiamo iniziato a lavorarci.
In un paio d'anni, abbiamo dimostrato che le cellule prendono il DNA con X e Y
e lo trasformano in RNA, la copia funzionale del DNA.
E lo scorso anno,
abbiamo mostrato che possono usare X e Y per creare proteine.
Eccole, le star dello show,
i primi organismi semisintetici completamente funzionanti.
(Applausi)
Queste cellule sono verdi perché producono una proteina fluorescente verde.
È una proteina famosa, estratta dalle meduse,
che molti usano nella sua forma naturale
perché è facile vedere che è stata prodotta.
Ma dentro a ciascuna proteina,
c'è un nuovo amminoacido con cui la natura non può produrre proteine.
Ogni cellula vivente, ogni cellula mai esistita
ha creato tutte le sue proteine
usando un alfabeto genetico di quattro lettere.
Queste cellule vivono e crescono, producendo proteine
con un alfabeto a sei lettere.
Sono una nuova forma di vita.
È una forma di vita semisintetica.
Cosa ci aspetta in futuro?
Stiamo già lavorando per espandere l'alfabeto di altre cellule,
incluse quelle umane,
e ci prepariamo a lavorare su organismi più complessi.
Pensate ai vermi semisintetici.
L'ultima cosa che voglio dirvi,
la cosa più importante che voglio dirvi,
è che il tempo della vita semisintetica è qui.
Grazie.
(Applausi)
Chris Anderson: Floyd, questo è straordinario.
Volevo chiederti:
quali sono le implicazioni del tuo lavoro
sul modo in cui pensiamo alle possibilità della vita
in altre parti dell'universo?
Sembra che molte delle nostre ipotesi sulla vita siano basate
sul fatto che si tratterà di DNA,
ma il campo delle possibilità delle molecole autoreplicanti
potrebbe essere più vasto del DNA, o anche del DNA a sei lettere?
Floyd Romesberg: Assolutamente sì,
penso che il nostro lavoro dimostri, come ho già detto,
che c'è sempre stato il preconcetto
che noi siamo perfetti,
ottimali, che Dio ci ha creati così,
che l'evoluzione ci ha resi così.
Abbiamo creato molecole che lavorano con quelle naturali,
e penso che questo voglia dire che ogni molecola
che obbedisce alle leggi della fisica e della chimica
e che si possa ottimizzare,
possa fare quello che fanno le molecole naturali.
Non c'è nulla di magico in questo.
E penso significhi
che la vita si può evolvere in molti modi,
forse simili a noi, con altri tipi di DNA,
forse anche senza DNA.
CA: Secondo te,
quanto sono vaste queste possibilità?
C'è modo di saperlo? Forse tutto sarà simile alle molecole di DNA
o sarà qualcosa di totalmente differente che può autoriprodursi
e creare organismi viventi?
FR: A mio parere, se trovassimo una nuova vita,
potremmo non riconoscerla neanche.
CA: Quindi questa ossessiva ricerca di un pianeta Riccioli d'oro
situato nel posto giusto, con acqua e tutto il resto,
è un po' ingenua, forse.
FR: Se si cerca qualcuno con cui parlare, forse no, ma...
penso che se cerchi una qualunque forma di vita,
credo di sì, stai tentando la via più semplice.
CA: Grazie per averci sbalorditi. Grazie davvero Floyd.
(Applausi)