Un team di scienziati con sede nel Regno Unito, guidato da esperti dell’Università di Nottingham e dell’Imperial College di Londra, ha completato la costruzione di un cromosoma sintetico come parte di un importante progetto internazionale per costruire il primo genoma di lievito sintetico al mondo.
L’opera, pubblicata in Genomica cellulare, rappresenta il completamento di uno dei 16 cromosomi del genoma del lievito da parte del team britannico, che fa parte del più grande progetto mai realizzato nel campo della biologia sintetica; la collaborazione internazionale sul genoma del lievito sintetico.
La collaborazione, nota come “Sc2.0”, è un progetto di 15 anni che ha coinvolto team di tutto il mondo (Regno Unito, Stati Uniti, Cina, Singapore, Regno Unito, Francia e Australia), che hanno lavorato insieme per creare versioni sintetiche di tutti i cromosomi del lievito . Oltre a questo articolo, oggi vengono rilasciate anche altre 9 pubblicazioni di altri team che descrivono i loro cromosomi sintetici. Il completamento finale del progetto genoma, il più grande genoma sintetico mai realizzato, è previsto per il prossimo anno.
Questo sforzo è il primo a costruire un genoma sintetico di un eucariote, un organismo vivente dotato di nucleo, come animali, piante e funghi. Il lievito è stato l’organismo scelto per il progetto poiché ha un genoma relativamente compatto e ha la capacità innata di unire insieme il DNA, consentendo ai ricercatori di costruire cromosomi sintetici all’interno delle cellule di lievito.
Gli esseri umani hanno una lunga storia con il lievito, avendolo addomesticato per migliaia di anni per la cottura e la produzione della birra e, più recentemente, utilizzandolo per la produzione chimica e come organismo modello per il funzionamento delle nostre cellule. Questa relazione significa che sappiamo di più sulla genetica del lievito rispetto a qualsiasi altro organismo. Questi fattori hanno reso il lievito il candidato più ovvio.
Il team con sede nel Regno Unito, guidato dal dottor Ben Blount dell’Università di Nottingham e dal professor Tom Ellis dell’Imperial College di Londra, ha ora segnalato il completamento del loro cromosoma, il cromosoma sintetico XI. Il progetto per costruire il cromosoma è durato 10 anni e la sequenza del DNA costruita è composta da circa 660.000 paia di basi, che sono le “lettere” che compongono il codice del DNA.
Il cromosoma sintetico ha sostituito uno dei cromosomi naturali di una cellula di lievito e, dopo un accurato processo di debugging, ora consente alla cellula di crescere con lo stesso livello di fitness di una cellula naturale. Il genoma sintetico non solo aiuterà gli scienziati a capire come funzionano i genomi, ma avrà molte applicazioni.
Invece di essere una copia diretta del genoma naturale, il genoma sintetico Sc2.0 è stato progettato con nuove funzionalità che conferiscono alle cellule nuove capacità non presenti in natura. Una di queste caratteristiche consente ai ricercatori di forzare le cellule a mescolare il loro contenuto genetico, creando milioni di versioni diverse delle cellule con caratteristiche diverse. Gli individui possono quindi essere selezionati con proprietà migliorate per un’ampia gamma di applicazioni in medicina, bioenergia e biotecnologia. Il processo è effettivamente una forma di evoluzione potenziata.
Il team ha anche dimostrato che il suo cromosoma può essere riproposto come un nuovo sistema per studiare i DNA circolari extracromosomici (eccDNA). Si tratta di cerchi di DNA fluttuanti che sono “usciti” dal genoma e vengono sempre più riconosciuti come fattori di invecchiamento e come causa di crescita maligna e resistenza ai farmaci chemioterapici in molti tumori, compresi i tumori cerebrali del glioblastoma.
Il dottor Ben Blount, uno degli scienziati principali del progetto, è professore assistente presso la School of Life Sciences dell’Università di Nottingham. Ha detto: “I cromosomi sintetici rappresentano enormi conquiste tecniche di per sé, ma apriranno anche una vasta gamma di nuove capacità su come studiamo e applichiamo la biologia. Ciò potrebbe variare dalla creazione di nuovi ceppi microbici per una bioproduzione più verde, fino all’aiuto capiamo e combattiamo le malattie.
“Il progetto sul genoma del lievito sintetico è un fantastico esempio di scienza su larga scala realizzato da un folto gruppo di ricercatori provenienti da tutto il mondo. È stata una grande esperienza far parte di uno sforzo così imponente, in cui tutti i soggetti coinvolti si sono impegnati verso lo stesso obiettivo condiviso.”
Il professor Tom Ellis del Centro di Biologia Sintetica e Dipartimento di Bioingegneria dell’Imperial College di Londra, ha dichiarato: “Costruendo un cromosoma ridisegnato da telomero a telomero e dimostrando che può sostituire perfettamente un cromosoma naturale, il lavoro del nostro team stabilisce le basi per la progettazione e creare cromosomi sintetici e persino genomi per organismi complessi come piante e animali.”
Oltre ai responsabili di Nottingham e dell’Imperial College di Londra, il team britannico comprende anche scienziati delle università di Edimburgo, Cambridge e Manchester nel Regno Unito, nonché della John Hopkins University e della New York University Langone Health negli Stati Uniti e dell’Universidad Nacional Autónoma de México, Querétaro in Messico.
Il lavoro è stato finanziato dal BBSRC.
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