Batteri-Immagine Credit:Pixabay.
I batteri resistenti ai virus potrebbero migliorare drasticamente la produzione di farmaci nelle bio-fabbriche.
I ricercatori hanno compiuto progressi sbalorditivi nell’ingegneria genetica e nella biologia sintetica modificando un ceppo di batteri Escherichia coli per renderlo praticamente immune a tutte le infezioni virali.
Sebbene i ricercatori non possano garantire che nessun virus possa mai infettare questo ceppo modificato di E. coli, nessuno dei molti diversi tipi di virus che hanno provato è stato in grado di violare i batteri.
La tecnologia potrebbe ridurre la minaccia di contaminazione virale quando si utilizzano batteri come biofabbriche per produrre sostanze utili come insulina e biocarburanti. In grandi vasche di batteri, le infezioni virali possono arrestare la produzione, compromettere la sicurezza dei farmaci e sostenere costi per milioni di dollari.
Ormai, probabilmente starai leggendo tutto questo con sentimenti contrastanti di soggezione e preoccupazione. Sebbene un batterio privo di virus che si disperde in natura sia un rischio biologico spaventoso, gli scienziati hanno adottato una serie di misure per salvaguardare il loro organismo geneticamente modificato e prevenire qualsiasi incidente indesiderato.
Un ceppo senza virus
Il primo autore dello studio, Akos Nyerges, ricercatore in genetica nel laboratorio di George Church al Blavatnik Institute della Harvard Medical School e al Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering, afferma che il team ha sviluppato la prima tecnologia in grado di progettare un organismo che è immune a qualsiasi virus conosciuto.
I ricercatori non possano affermare che il batterio sia completamente resistente ai virus, ma sulla base di ampi esperimenti di laboratorio e analisi computazionali, non hanno trovato un virus in grado di distruggerlo.
Il lavoro dei ricercatori si basa sui precedenti sforzi degli ingegneri genetici per produrre batteri resistenti ai virus. Nel 2022, un gruppo dell’Università di Cambridge credeva di aver creato un ceppo di E. coli immune ai virus. Tuttavia, quando Nyerges e colleghi hanno messo alla prova questa affermazione, sono rimasti delusi nello scoprire che potevano facilmente infettare i batteri modificati.
Il team ha campionato vari ambienti, tra cui pollai, nidi di topi, fognature e il fiume Muddy situato vicino al campus della Harvard Medical School. I cattivi virus che hanno isolato erano in grado di infettare i batteri modificati.
Il metodo Cambridge per impedire ai virus di infettare E. coli si basava sulla riduzione del numero di codoni in E. coli a 61 rispetto ai 64 presenti in natura. Un codone è una sequenza di DNA o RNA di tre nucleotidi (un trinucleotide) che forma un’unità di informazioni genomiche che codificano un particolare amminoacido o che segnalano l’interruzione della sintesi proteica.
Senza i codoni mancanti, un virus non dovrebbe essere in grado di dirottare le cellule di un organismo. È un’idea piuttosto brillante, ma non era perfetta. Mancava qualcosa che permetteva ancora ad alcuni virus di infettare le cellule.
Oltre a eliminare i codoni, i ricercatori di Harvard hanno aggiunto un tipo specifico di RNA chiamato RNA di trasferimento, o tRNA in breve. Questa molecola di RNA riconosce un codone specifico e quindi aggiunge amminoacidi alla proteina che deve essere costruita. Ad esempio, il codone TCG dice al suo tRNA corrispondente che ha bisogno di legare l’amminoacido serina.
Quando i virus hanno cercato di dire ai batteri E. coli di produrre proteine virali, i tRNA imbroglioni hanno aggiunto gli amminoacidi sbagliati, risultando in proteine virali mal ripiegate e non funzionali. Il virus non poteva più replicarsi e infettare più cellule.
Sebbene i virus siano dotati dei propri tRNA che potrebbero trasformare il TCG in serina, i ricercatori hanno scoperto che i tRNA imbroglioni che hanno introdotto erano così efficaci da sopraffare le loro controparti virali.
Ora, in teoria, un virus potrebbe eventualmente mutare per superare i codoni e i tRNA scambiati. Tuttavia, Nyerges ha aggiunto che sarebbero necessarie dozzine di mutazioni molto specifiche contemporaneamente per aprire la porta di servizio al virus. “Questo è molto, molto improbabile per l’evoluzione naturale“, dice.
La sicurezza prima di tutto
La tecnologia include due importanti salvaguardie al fine di prevenire la diffusione di questi organismi modificati in natura. La prima salvaguardia ha lo scopo di offrire protezione contro il trasferimento genico orizzontale, che si verifica quando frammenti di codice genetico e i tratti corrispondenti, come la resistenza agli antibiotici, vengono trasferiti da un organismo all’altro. Questo trasferimento è distinto dal trasferimento verticale, in cui il materiale genetico passa dai genitori alla prole dopo che hanno fatto sesso o si sono clonati. Non è raro vedere batteri condividere geni con animali e persino piante.
Quando un altro organismo incontra l’E. coli modificato e condivide i tRNA ingannatori, la lettura errata dei codoni della serina danneggerà o ucciderà la cellula ricevente, prevenendo un’ulteriore diffusione.
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“Qualsiasi tRNA modificato che sfugge non andrà lontano perché è tossico per gli organismi naturali“, ha detto Nyerges.
Il secondo fail-safe impedisce ai batteri stessi di crescere e proliferare al di fuori di un ambiente controllato. L’E. coli modificato dipende al 100% da amminoacidi prodotti in laboratorio che è impossibile trovare in natura. Se i batteri dovessero essere portati fuori dal laboratorio o dalla biofabbrica e scappare, morirebbero di fame.
Gli autori hanno affermato che la loro tecnica potrebbe avere implicazioni significative per le strategie di biocontenimento e lo sviluppo di OGM. Con i virus non più un problema, i ricercatori potrebbero utilizzare batteri modificati per produrre preziose biosostanze, come biocarburanti o insulina, senza il rischio di contaminazione virale. Inoltre, la tecnica potrebbe aprire la strada alla diffusione sicura di colture geneticamente modificate, riducendo la diffusione di malattie e aumentando potenzialmente la sicurezza alimentare.
Tuttavia, alcuni esperti avvertono che l’uso di organismi geneticamente modificati, anche quelli con misure di sicurezza incorporate, solleva ancora preoccupazioni etiche e ambientali. Nonostante queste preoccupazioni, la svolta del team HMS rappresenta un significativo passo avanti nel campo dell’ingegneria genetica e della biologia sintetica. Creando un batterio immune a tutti i virus conosciuti, hanno aperto nuove possibilità per sfruttare il potere dei batteri per produrre sostanze utili, riducendo al minimo il rischio di contaminazione e flusso genico.
Ora abbiamo un progetto per rendere qualsiasi organismo immune ai virus e impedire il flusso genico dentro e fuori dagli OGM, aprendo la strada a strategie di biocontenimento più sicure ed efficaci in futuro.
I risultati sono apparsi sulla rivista Nature
