Sintesi genica più rapida: il DNA sintetico potrebbe essere la chiave per una migliore assistenza sanitaria

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  Preveggenza quantistica
• Gennaio 16, 2023

Riepilogo approfondimenti

La sintesi chimica del DNA e il suo assemblaggio in geni, circuiti e persino interi genomi hanno rivoluzionato la biologia molecolare. Queste tecniche hanno reso possibile progettare, costruire, testare, imparare dagli errori e ripetere il ciclo fino al raggiungimento del risultato desiderato. Questo approccio è al centro dell'innovazione della biologia sintetica. 

Contesto di sintesi genica più veloce

La sintesi trasforma il codice genetico digitale in DNA molecolare in modo che i ricercatori possano creare e produrre grandi quantità di materiale genetico. I dati sul DNA disponibili si sono ampliati grazie alle tecnologie di sequenziamento di nuova generazione (NGS). Questo sviluppo ha portato ad un aumento dei database biologici contenenti sequenze di DNA di ogni organismo e ambiente. I ricercatori possono ora estrarre, analizzare e modificare queste sequenze più facilmente grazie alla maggiore efficienza del software di bioinformatica.

Più informazioni biologiche gli scienziati hanno dall'"albero della vita" (la rete dei genomi), meglio comprendono come gli esseri viventi sono correlati geneticamente. Il sequenziamento di nuova generazione ci ha aiutato a comprendere meglio le malattie, il microbioma e la diversità genetica degli organismi. Questo boom di sequenze consente anche la crescita di nuove discipline scientifiche, come l'ingegneria metabolica e la biologia sintetica. L'accesso a queste informazioni non solo migliora la diagnostica e la terapia attuali, ma sta anche aprendo la strada a nuove scoperte mediche che avranno un impatto duraturo sulla salute umana. 

Inoltre, la biologia sintetica ha il potenziale per avere un impatto su molte aree, come la creazione di nuovi farmaci, materiali e processi di produzione. In particolare, la sintesi genica è una delle tecnologie promettenti che aiutano a costruire e modificare le sequenze genetiche molto rapidamente, portando alla scoperta di nuove funzioni biologiche. Ad esempio, i biologi spesso trasferiscono geni tra organismi per testare ipotesi genetiche o fornire a organismi campione tratti o capacità unici.

Impatto dirompente

Le brevi sequenze di DNA sintetizzate chimicamente sono essenziali perché sono versatili. Possono essere utilizzati nei laboratori di ricerca, negli ospedali e nell'industria. Ad esempio, sono stati utilizzati per identificare il virus COVID-19. I fosforamiditi sono elementi costitutivi necessari nella produzione di sequenze di DNA, ma sono instabili e si rompono rapidamente.

Nel 2021, lo scienziato Alexander Sandahl ha sviluppato un nuovo modo brevettato per produrre in modo rapido ed efficiente questi elementi costitutivi per la produzione di DNA, accelerando notevolmente il processo prima che questi componenti si disintegrino. Le sequenze di DNA sono chiamate oligonucleotidi, ampiamente utilizzate per identificare malattie, produrre farmaci e altre applicazioni mediche e biotecnologiche. 

Una delle principali aziende biotecnologiche specializzate nella produzione di DNA sintetico è la statunitense Twist Bioscience. L'azienda collega insieme gli oligonucleotidi per creare i geni. Il prezzo degli oligos sta diminuendo, così come il tempo necessario per produrli. A partire dal 2022, il costo per sviluppare coppie di basi del DNA è di soli nove centesimi. 

Il DNA sintetico di Twist può essere ordinato online e inviato a un laboratorio in pochi giorni, dopodiché viene utilizzato per creare molecole bersaglio, che sono gli elementi costitutivi di nuovi alimenti, fertilizzanti, prodotti industriali e medicine. Ginkgo Bioworks, una società di ingegneria cellulare del valore di 25 miliardi di dollari, è uno dei principali clienti di Twist. Nel frattempo, nel 2022, Twist ha lanciato due controlli del DNA sintetico per il virus del vaiolo delle scimmie umano per aiutare i ricercatori a sviluppare vaccini e trattamenti. 

Implicazioni di una sintesi genica più rapida

Implicazioni più ampie di una sintesi genica più rapida possono includere: 

• L'identificazione accelerata dei virus che causano pandemie ed epidemie, portando allo sviluppo più tempestivo dei vaccini.
• Più biotecnologie e startup che si concentrano sulle tecnologie di sintesi genica in collaborazione con aziende biofarmaceutiche.
• I governi corrono per investire nei rispettivi laboratori di DNA sintetico per sviluppare medicinali e materiali industriali.
• Il costo del DNA sintetico si abbassa, portando alla democratizzazione della ricerca genetica. Questa tendenza può anche portare a più biohacker che vogliono sperimentare su se stessi.
• Aumento della ricerca genetica con conseguente sviluppo più rapido delle tecnologie di editing genetico e terapia, come CRISPR/Cas9.

Domande da considerare

• Quali sono gli altri vantaggi della produzione di massa di DNA sintetico?
• In che modo i governi dovrebbero regolamentare questo settore in modo che rimanga etico?