La rivoluzione della biologia sintetica

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Scansione a colori con microscopio elettronico di cellule di lievito di birra (Saccharomyces cerevisiae). Credits: SciencephotoLibrary.

Saccaromices cerevisiae è un fungo unicellulare (quindi appartenente al regno dei Funghi) fondamentale per l'alimentazione umana. Il suo utilizzo è noto fin dall'antichità per la lievitazione del pane e per la fermentazione di vino e di altre bevande alcoliche. La cellula del Saccaromices condivide molte caratteristiche con quella umana, con la differenza che la prima è più semplice e più facile da studiare ed è un modello ideale di ricerca per i genetisti e i programmatori informatici, che progettano e usano tecnologie che permettono di isolare geni, di clonarli, di introdurli in un ospite differente da quello originale. Queste tecnologie, dette del DNA ricombinante, permettono di conferire caratteristiche nuove alle cellule riceventi, chiamate ricombinanti. L'ingegneria genetica permette anche di alterare la sequenza di DNA del gene originale e di produrne uno più adatto a rispondere a esigenze specifiche, come avviene, ad esempio, con gli OGM.

Una prima grande svolta in questo settore c’è stata nel 1996, quando fu acquisita la sequenza di 12 milioni di coppie di basi, ripartita tra i 16 cromosomi di cui è dotato Saccharomyces cerevisiae. Poi un’altra lo scorso marzo. In un articolo sulla rivista Science, un team internazionale di 200 ricercatori coinvolti in un progetto di grande scala, denominato Synthetic Yeast Genome (Sc2.0), ha annunciato la fabbricazione per sintesi di cinque cromosomi - le strutture che contengono DNA - del lievito. Questi cinque cromosomi sono stati poi inseriti al posto di quelli ‘originali’, tramite tecnica d’ingegneria genetica. Entro la fine del 2017 lo stesso team conta di re-ingegnerizzare le versioni sintetiche di tutti i 16 cromosomi presenti nelle cellule del lievito. L'obiettivo dunque è creare un genoma eucariotico (cioè di una specie dotata di un nucleo differenziato) completamente sintetico.

La possibilità di generare una nuova forma di vita di una specie di fungo ha riportato alla memoria un evento del 2010, quando Craig Venter, il famigerato genetista americano, comunicò di essere riuscito a creare la prima forma artificiale di vita: un batterio, fino ad allora noto per causare la mastite nelle capre, era stato costruito completamente in laboratorio. In più, il team di Venter aveva inserito all’interno del DNA dell’organismo unicellulare quattro "filigrane", per identificarlo come ‘sintetico’ e consentire di rintracciare i suoi discendenti. In quell’occasione Venter disse che il successo della sua ricerca costituiva l'alba di una nuova era, in cui si sarebbero costruite nuove forme di vita a beneficio dell'umanità, dai batteri che producono biocarburanti a quelli che assorbono l'anidride carbonica dall'atmosfera, fino a microorganismi per la produzione di vaccini.

Il 2010 è considerato il principio della biologia sintetica, la nuova branca dell’ingegneria integrata (nel senso che combina un numero di moderne tecniche biotecnologiche, informatiche e di altre aree scientifiche) che studia i principi e le tecniche di progettazione e di fabbricazione di sistemi artificiali, realizzati con DNA, proteine, cellule o altro materiale biologico, per costruire organismi ex novo, non esistenti in natura, o per replicare artificialmente circuiti metabolici complessi, che possono servire come piattaforme per la produzione di prodotti di rilevanza economica. L'applicazione di queste tecniche, così come, in generale, l'applicazione di altre nuove tecniche biologiche o nanotecnologiche, non porta necessariamente ad un organismo o ad un prodotto di origine sintetica.

La biologia sintetica introduce la possibilità di realizzare in laboratorio organismi artificiali e/o sintetizzare efficacemente e velocemente lunghe sequenze di DNA senza utilizzare alcun modello naturale. Ad esempio, è possibile identificare, ridisegnare e adattare (negli elementi regolatori) un intero set di geni coinvolti in una particolare via bio-sintetica, scoperta in natura in una pianta rara, ed introdurlo in un fungo o un lievito per la produzione industriale dei relativi metaboliti.

L’editoriale di un numero speciale di Nature Reviews Microbiology definisce la synbio come la tecnologia che sarà in grado di assicurare all’umanità cibo, medicine ed energia. Il Consiglio britannico per l’Ingegneria e le Scienze Fisiche ritiene che la biologia sintetica sia un’area in grado d’offrire vantaggi significativi in settori quali terapie, biosensori ambientali e metodi potenzialmente innovativi per la produzione di cibo, farmaci, prodotti chimici o di energia. Secondo la Royal Academy of Engineering la biologia sintetica è dotata di un potenziale straordinario, capace di trasformare l’industria mondiale dell’energia, della salute e dell'ambiente, di generare nuova ricchezza e un gran numero di nuovi posti di lavoro.

La nascita e le prospettive di crescita della biologia sintetica pongono una serie di riflessioni, sul piano scientifico e filosofico, che investono anche i concetti, i convincimenti e i credo sulla definizione di vita e di come essa funzioni. Julian Savulescu, docente di etica pratica all'Università di Oxford, all’epoca commentò: “Venter ha aperto la porta più profonda nella storia dell'umanità, scrutandone il destino. Con l'ingegneria genetica l’uomo non sta semplicemente copiando la vita artificialmente o modificandola radicalmente, ma sta assumendo il ruolo di demiurgo, di creatore di vita artificiale che altrimenti non sarebbe mai esistita naturalmente”. Altri dissero che Venter stava giocando a fare Dio.

Prominenti accademici tra cui Stephen Hawking e Nick Bostrom, filosofo dell'Università di Oxford, hanno raccomandato prudenza sull’uso dell'intelligenza artificiale. “Le prime forme di intelligenza artificiale che sono state prodotte si sono dimostrate utili”, ha detto Stephen Hawking, il quale ha poi aggiunto: “Esiste il rischio però che il pieno sviluppo dell’IA possa portare alla fine del genere umano”.

La nascita della biologia sintetica rimanda alla questione filosofica della separazione tra forma e materia, appartenente alla tradizione metafisica occidentale. Per Aristotele, ad esempio, la forma è una forza spirituale (spesso mascolinizzata) che in-forma la sfera materiale (femminilizzata), la quale diventa matrice. Agli inizi dell'800 il naturalista tedesco Treviranus si poneva la domanda: “cosa è la vita?”. Nel 1944 E. Schrödinger teorizzava che la vita fosse un ‘codice di scrittura’, la cui concettualizzazione negli anni seguenti si è raffigurata nei modelli di DNA e, col tempo, nelle visioni informatiche e cibernetiche. I sistemi viventi sono dotati di una capacità di mantenere un proprio ordine funzionale intrinseco, in modo permanente, in opposizione alle influenze distruttive. Questa capacità è l’organizzazione, un termine che prefigura intrinsecamente l'aspetto della funzionalità, la teleonomica. Il termine, introdotto da J. Monod nel 1970, indica il finalismo insito nelle strutture e nelle forme tipiche degli organismi viventi (dovuto all’azione della selezione naturale), il quale favorisce le strutture e le funzioni adatte allo svolgimento delle attività vitali ed elimina quelle inadeguate. In sostanza una forma di cooperazione mirata tra elementi strutturali e funzionali. Le strutture, a loro volta, necessitano di informazioni per la loro specificazione. E le informazioni presuppongono una fonte. Nei sistemi viventi questa fonte è costituita dagli acidi nucleici. Gli organismi sono unici ad avere la capacità di utilizzare, mantenere e replicare quelle informazioni interne che forniscono la base per la loro specifica organizzazione nella sua perpetuazione. L'esistenza di un genoma (il corredo aploide dei cromosomi di una cellula, con i geni contenuti) è una condizione necessaria per la vita ed è una delle differenze esclusive tra materia vivente e materia non-vivente.

Con l'avvento dell'Intelligenza Artificiale, o IA - un sistema ibrido d’informatica, biologia teorica e gioco digitale, costruito per simulare le proprietà di un’intelligenza o un sistema finalizzato a riprodurre la logica della biologia nei mondi virtuali di simulazioni al computer e nel campo dell'hardware della robotica - la vita diventa una proprietà dell'organizzazione della materia, più che una proprietà della materia per se.

I critici della biologia sintetica, inclusi molti gruppi religiosi di varie confessioni e associazioni ambientaliste, la condannano, paventando il rischio che gli organismi artificiali possano fuggire in natura e causare danni ambientali o essere trasformati in armi biologiche. In un documento pubblicato tre mesi fa, dal titolo “Explanatory Note: New techniques in agricultural biotechnology”, la Commissione Europea ritiene che i metodi di valutazione del rischio applicati agli OGM possono essere mutuati per valutare organismi ottenuti con tecniche di biologia sintetica, ma che tuttavia i nuovi e rapidi sviluppi nel campo della biologia sintetica richiederanno l'adattamento degli stessi.

La questione della biologia sintetica è diventata oggetto di negoziazione nell’ambito della Convenzione sulla Diversità Biologica, poiché non sono affatto chiari gli effetti che gli organismi, i prodotti e le tecniche di biologia sintetica possono o potranno avere sulla salute umana, sulla conservazione della biodiversità, e sul suo uso sostenibile, e sull'ambiente in generale. Da una parte alcuni Stati ritengono non sia necessario inserire la biologia sintetica all'interno della CBD e soprattutto del Protocollo di Nagoya e del Protocollo di Cartagena, lasciando la regolamentazione disciplinare in materia alla normativa nazionale. Dall’altra, alcuni Stati chiedono espressamente una moratoria internazionale per impedire l'utilizzo, la produzione e il commercio dei prodotti e degli organismi della biologia sintetica.

Ironicamente, un primo elemento di difficoltà è la mancanza di una definizione globalmente condivisa sulla biologia sintetica.

 

 

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