Le possibilità radicali del DNA creato dall'uomo

Ogni cellula che sia mai esistita è il risultato dell'alfabeto genetico a quattro lettere: A, T, C e G, le unità di base del DNA. Ma ora tutto è cambiato. In un discorso visionario, il biologo sintetico Floyd E. Romesberg ci presenta i primi organismi viventi creati con un DNA di sei lettere: le quattro lettere naturali più due nuove, X e Y, ed esplora come questa scoperta potrebbe sfidare la nostra comprensione di base del disegno della natura.

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)