Gli scienziati hanno progettato interamente da zero un cromosoma che contribuirà alla produzione del primo lievito sintetico al mondo.
I ricercatori del Manchester Institute of Biotechnology (MIB) dell’Università di Manchester hanno creato il neocromosoma tRNA, un cromosoma nuovo in natura.
Fa parte di un progetto più ampio (Sc2.0) che ora ha sintetizzato con successo tutti i 16 cromosomi nativi in Saccharomyces cerevisiae, comune lievito di birra e mira a combinarli per formare una cellula completamente sintetica.
Il team internazionale ha già combinato sei cromosomi e mezzo sintetici in una cellula funzionale. È la prima volta che gli scienziati riescono a scrivere da zero un genoma eucariotico.
I lieviti sono un comune cavallo di battaglia dei processi biotecnologici industriali poiché consentono di produrre sostanze chimiche preziose in modo più efficiente, economico e sostenibile. Sono spesso utilizzati nella produzione di biocarburanti, prodotti farmaceutici, aromi e fragranze, nonché nei più noti processi di fermentazione della panificazione e della produzione della birra.
Essere in grado di riscrivere il genoma di un lievito da zero potrebbe creare un ceppo più forte, che funziona più velocemente, è più tollerante alle condizioni difficili e ha una resa più elevata.
Il processo fa luce anche sui fondamenti del genoma tradizionalmente problematici, come il modo in cui i genomi sono organizzati ed evoluti.
I risultati di entrambi i progetti, pubblicati come due articoli di ricerca delle riviste Cellula E Genomica cellulare rispettivamente, rappresentano il culmine di 10 anni di ricerca da parte di un consorzio internazionale di scienziati guidati dal professor Patrick Cai e dall’Università di Manchester, e segnano un nuovo capitolo nella biologia ingegneristica.
Il professor Cai, titolare della cattedra di Genomica sintetica presso l’Università di Manchester e coordinatore internazionale del progetto Sc2.0, ha dichiarato: “Questa è una pietra miliare entusiasmante quando si tratta di biologia ingegneristica. Anche se siamo stati in grado di modificare i geni per un po’ di tempo, “Non siamo mai stati in grado di scrivere un genoma eucariotico da zero. Questo lavoro è fondamentale per la nostra comprensione degli elementi costitutivi della vita e ha il potenziale per rivoluzionare la biologia sintetica, il che è appropriato poiché Manchester è la sede della rivoluzione industriale. siamo in prima linea anche nella rivoluzione biotecnologica.
“Ciò che è notevole in questo progetto è la vastità della collaborazione e l’interdisciplinarietà coinvolte nel portarlo a compimento. Abbiamo riunito non solo i nostri esperti qui nel MIB, ma anche esperti da tutto il mondo in campi che vanno dalla biologia alla genomica all’informatica e alla bioingegneria.
Il dottor Daniel Schindler, uno dei due autori principali e leader del gruppo presso l’Istituto Max Planck di microbiologia terrestre e il Centro di microbiologia sintetica (SYNMIKRO) di Marburg, ha aggiunto: “Il progetto internazionale Sc2.0 è un progetto affascinante e altamente interdisciplinare. combina la ricerca di base per ampliare la nostra comprensione dei fondamenti del genoma, ma apre anche la strada a future applicazioni nel campo della biotecnologia e guida gli sviluppi tecnologici.
“La natura internazionale e inclusiva del progetto ha dato il via alla scienza e ha dato vita a future collaborazioni e amicizie. Il Manchester Institute of Biotechnology, con il suo eccellente ambiente di ricerca e i suoi spazi aperti, ha sempre facilitato tutto ciò.”
Il neocromosoma tRNA viene utilizzato per ospitare e organizzare tutti i 275 geni tRNA nucleari del lievito e verrà eventualmente aggiunto al lievito completamente sintetico dove i geni tRNA sono stati rimossi dagli altri cromosomi sintetizzati.
A differenza degli altri cromosomi sintetici del progetto Sc2.0, il neocromosoma tRNA non ha una controparte nativa nel genoma del lievito.
È stato progettato utilizzando la progettazione assistita da computer (CAD) assistita dall’intelligenza artificiale, prodotto con fonderie robotizzate all’avanguardia e completato da una metrologia completa dell’intero genoma per garantire l’elevata idoneità delle cellule sintetiche.
Successivamente, i ricercatori lavoreranno insieme per riunire tutti i singoli cromosomi sintetici in un genoma completamente sintetico. Il ceppo Sc2.0 finale non sarà solo il primo eucariote sintetico al mondo, ma anche il primo ad essere costruito dalla comunità internazionale.
“I potenziali benefici di questa ricerca sono universali: il fattore limitante non è la tecnologia, ma la nostra immaginazione”, afferma il prof. Cai.
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