Ci saranno esseri viventi senza genitori biologici
I bioingegneri svilupperanno presto organismi artificiali che consentiranno nuove applicazioni in medicina e nell'industria. Beat Christen ne discute i benefici e i rischi.
Ogni essere vivente sulla terra ha genitori, nonni e bisnonni e discende ininterrottamente dai primi organismi che vivevano qui miliardi di anni fa. Presto, però, conosceremo creature che non hanno una discendenza diretta. I primi di questi organismi saranno i batteri. I bioingegneri svilupperanno questi batteri al computer, appositamente personalizzati per applicazioni in medicina, industria o agricoltura. Utilizzando dispositivi di sintesi del DNA, creeranno il loro genoma da zero e svilupperanno così organismi artificiali.
Non mi riferisco a organismi in cui vengono modificati solo singoli geni, come è stato fatto per decenni nella biotecnologia e nell'allevamento delle colture e come è ora molto facile fare con le forbici del gene Crispr. Mi riferisco piuttosto a organismi il cui genoma sarà effettivamente sviluppato da zero e sintetizzato in laboratorio dai bioingegneri.
Questi esseri artificiali senza padre né madre possono sembrare fantascienza, ma sono convinto che presto saranno una realtà. I prerequisiti scientifici e tecnici per produrre tali organismi sono già presenti.
Progresso tecnologico
In primo luogo, possiamo attingere ai risultati di diversi decenni di ricerca nel campo della biologia molecolare e della biologia dei sistemi. Oggi conosciamo con estrema precisione le impronte della vita. Chi siamo ha memorizzato in banche dati digitali più di 200.000 sequenze di genomi di un gran numero di organismi viventi, con una corrispondente ricchezza di istruzioni per la costruzione. Combinando o modificando abilmente le funzioni genetiche conosciute, i bioingegneri sono in grado di sviluppare microrganismi con nuove proprietà utili.
In secondo luogo, solo pochi anni fa, sintetizzare da zero interi genomi di microrganismi richiedeva molto tempo e un immenso sforzo economico. Grazie agli algoritmi informatici, invece, è ora possibile semplificare i genomi a tal punto da poterli produrre più facilmente. Anche i metodi di sintesi del DNA sono diventati molto più efficienti grazie ai nuovi sviluppi tecnologici. ? ora possibile produrre molecole di DNA in modo rapido e preciso direttamente su chip di silicio.
Questi progressi renderanno presto possibile progettare genomi a tavolino, inserirli negli involucri cellulari e utilizzarli per sviluppare microrganismi per nuove applicazioni utili.
Ampi campi di applicazione
Questi organismi offrono numerose opportunità, soprattutto nel campo della medicina e della produzione biotecnologica di principi attivi. Ecco alcuni esempi. In primo luogo, la produzione rapida di vaccini. Lo sviluppo e la produzione di vaccini è una corsa contro il tempo, non solo per l'influenza stagionale, ma anche per le epidemie di nuove malattie, come quella che stiamo vivendo attualmente con l'epidemia di coronavirus.
I batteri artificiali potrebbero essere utilizzati come nuovi vaccini: ? ipotizzabile produrre batteri completamente innocui per il corpo umano che portano sulla loro superficie frammenti di agenti patogeni. Questi organismi possono insegnare al sistema immunitario a riconoscere efficacemente gli agenti patogeni e ad agire contro di essi. Questo approccio è significativamente più economico e veloce rispetto alla produzione convenzionale di vaccini proteici, che richiede molto tempo.
"Dobbiamo garantire che la nuova tecnologia venga utilizzata in modo da massimizzare i benefici per la società".Beat Christen
In secondo luogo, i batteri artificiali possono servire come organismi di produzione. Semplificherebbero la produzione biotecnologica di principi attivi e potrebbero essere utilizzati per produrre molecole più complesse rispetto al passato. Inoltre, i processi di produzione chimica tradizionali, spesso basati sul petrolio, possono essere convertiti in processi di produzione biotecnologica sostenibili.
In terzo luogo, i metodi diagnostici e terapeutici basati sulle cellule sono fattibili. Un esempio è rappresentato dalle cellule batteriche che rilevano le cellule tumorali nel corpo umano e le combattono direttamente producendo sostanze attive. Un altro esempio sono i batteri artificiali che producono importanti metaboliti nel corpo di pazienti con malattie metaboliche.
Infine, un altro campo di applicazione è l'agricoltura. La sicurezza alimentare, la sostenibilità e l'adattamento ai cambiamenti climatici sono le principali sfide globali. Lo sviluppo di microbi artificiali del suolo che proteggono le piantine o producono fertilizzanti per le colture direttamente dall'azoto presente nell'aria è un approccio promettente per superare queste sfide.
Discussione e regolamentazione necessaria
Tuttavia, oltre alle grandi opportunità, la nuova tecnologia nasconde anche il rischio di un uso improprio. Come scienziati, dobbiamo essere consapevoli di tutte le implicazioni di questa tecnologia e usarla in modo responsabile e lungimirante. ? inoltre necessario avviare una discussione approfondita con tutti i gruppi di interesse. Le normative nazionali e internazionali esistenti sulla produzione e sul commercio di DNA sintetico devono essere ampliate. In definitiva, il nostro obiettivo dovrebbe essere quello di utilizzare questi organismi artificiali a beneficio della società nel suo complesso, riducendo al minimo il rischio di un uso improprio.
Noi scienziati, ma anche i responsabili delle decisioni e i politici, siamo chiamati a garantire che la nuova tecnologia sia usata e lasciata usare in modo tale da portare il massimo beneficio possibile alla società.