Il biologo sintetico Tom Knight ha affermato: "Il XXI secolo sarà il secolo dell'ingegneria biologica". È uno dei fondatori della biologia sintetica e uno dei cinque fondatori di Ginkgo Bioworks, un'azienda leader nel settore. La società è stata quotata alla Borsa di New York il 18 settembre e la sua capitalizzazione di mercato ha raggiunto i 15 miliardi di dollari.
Gli interessi di ricerca di Tom Knight si sono spostati dall'informatica alla biologia. Fin dai tempi del liceo, ha sfruttato le vacanze estive per studiare informatica e programmazione al MIT, e ha poi frequentato lo stesso ateneo anche per i suoi studi universitari e post-universitari.
Tom Knight, rendendosi conto che la legge di Moore prevedeva i limiti della manipolazione umana degli atomi di silicio, rivolse la sua attenzione agli esseri viventi. "Abbiamo bisogno di un modo diverso per mettere gli atomi al posto giusto... Qual è la chimica più complessa? È la biochimica. Immagino che si possano usare biomolecole, come le proteine, che possono autoassemblarsi e cristallizzarsi entro i limiti necessari."
L'utilizzo del pensiero ingegneristico quantitativo e qualitativo per progettare organismi biologici originali è diventato un nuovo metodo di ricerca. La biologia sintetica rappresenta un vero e proprio balzo in avanti nella conoscenza umana. Come campo interdisciplinare che coinvolge ingegneria, informatica, biologia e altre discipline, l'anno di inizio della biologia sintetica è stato fissato al 2000.
In due studi pubblicati quest'anno, l'idea di progettare circuiti per i biologi ha permesso di ottenere il controllo dell'espressione genica.
Gli scienziati della Boston University hanno costruito un interruttore genico in E. coli. Questo modello utilizza solo due moduli genici. Regolando gli stimoli esterni, l'espressione genica può essere attivata o disattivata.
Nello stesso anno, gli scienziati dell'Università di Princeton hanno utilizzato tre moduli genici per ottenere la modalità di "oscillazione" nel segnale del circuito, sfruttando l'inibizione reciproca e il successivo rilascio dell'inibizione tra di essi.
Diagramma dell'interruttore a levetta Gene
Laboratorio cellulare
Durante la riunione, ho sentito parlare di "carne artificiale".
Seguendo il modello delle videoconferenze, si è tenuta una "conferenza auto-organizzata" informale per la libera comunicazione, dove alcune persone bevono birra e chiacchierano: quali prodotti di successo esistono nel campo della "biologia sintetica"? Qualcuno ha menzionato la "carne artificiale" nella categoria "Cibo Impossibile".
Impossible Foods non si è mai definita un'azienda di "biologia sintetica", ma il punto di forza che la distingue dagli altri prodotti a base di carne artificiale - l'emoglobina che conferisce alla carne vegetale un odore unico di "carne" - proviene da questa azienda circa 20 anni fa. Di discipline emergenti.
La tecnologia in questione consiste nell'utilizzare una semplice modifica genetica per permettere al lievito di produrre "emoglobina". Per usare la terminologia della biologia sintetica, il lievito diventa una "fabbrica cellulare" che produce sostanze secondo i desideri umani.
Cosa rende la carne così di un rosso così acceso e le conferisce un aroma particolare? La risposta di Impossible Foods è l'elevata concentrazione di emoglobina nella carne. L'emoglobina si trova in diversi alimenti, ma la sua concentrazione è particolarmente alta nei muscoli degli animali.
Pertanto, l'emoglobina fu scelta dal fondatore dell'azienda e biochimico Patrick O. Brown come "ingrediente chiave" per simulare la carne animale. Per estrarre questo "condimento" dalle piante, Brown scelse la soia, ricca di emoglobina nelle sue radici.
Il metodo di produzione tradizionale prevede l'estrazione diretta dell'"emoglobina" dalle radici della soia. Per produrre un chilogrammo di "emoglobina" occorrono 6 acri di coltivazioni di soia. L'estrazione dalle piante è costosa, e Impossible Foods ha sviluppato un nuovo metodo: impiantare il gene in grado di sintetizzare l'emoglobina nel lievito. Man mano che il lievito cresce e si replica, anche la produzione di emoglobina aumenta. Per fare un paragone, è come lasciare che le oche depongano le uova su scala microscopica.
L'eme, estratto dalle piante, viene utilizzato negli hamburger di "carne artificiale".
Le nuove tecnologie aumentano l'efficienza produttiva riducendo al contempo il consumo di risorse naturali per la coltivazione. Poiché i principali materiali di produzione sono lievito, zucchero e minerali, non si generano molti rifiuti chimici. A ben pensarci, si tratta davvero di una tecnologia che "migliora il futuro".
Quando sento parlare di questa tecnologia, ho l'impressione che sia una tecnologia piuttosto semplice. Ai loro occhi, si pensa che ci siano troppi materiali che si potrebbero progettare a livello genetico in questo modo: plastiche biodegradabili, spezie, nuovi farmaci e vaccini, pesticidi per malattie specifiche e persino l'utilizzo dell'anidride carbonica per sintetizzare l'amido... Ho iniziato a immaginare concretamente le possibilità offerte dalla biotecnologia.
Leggere, scrivere e modificare i geni
Il DNA trasporta tutte le informazioni della vita dalla sua fonte ed è anche la fonte di migliaia di caratteristiche degli organismi viventi.
Oggigiorno, gli esseri umani sono in grado di leggere facilmente le sequenze di DNA e di sintetizzarle secondo un progetto specifico. Alla conferenza, ho sentito parlare più volte della tecnologia CRISPR, vincitrice del Premio Nobel per la Chimica nel 2020. Questa tecnologia, chiamata "forbici magiche genetiche", è in grado di localizzare e tagliare il DNA con precisione, realizzando così la modifica genetica.
Sulla base di questa tecnologia di editing genetico, sono nate numerose startup. Alcune la utilizzano per risolvere i problemi di terapia genica legati a malattie complesse come il cancro e le malattie genetiche, mentre altre la impiegano per coltivare organi destinati ai trapianti umani e per la diagnosi di malattie.
La tecnologia di editing genetico è entrata così rapidamente nelle applicazioni commerciali che si intravedono le grandi prospettive della biotecnologia. Dal punto di vista della logica di sviluppo della biotecnologia stessa, una volta che la lettura, la sintesi e la modifica delle sequenze genetiche sono mature, la fase successiva consiste naturalmente nel progettare a livello genetico per produrre materiali che soddisfino le esigenze umane. Anche la tecnologia della biologia sintetica può essere considerata la fase successiva nello sviluppo della tecnologia genetica.
Le scienziate Emmanuelle Charpentier e Jennifer A. Doudna hanno vinto il Premio Nobel per la Chimica 2020 per la tecnologia CRISPR.
"Molte persone sono state ossessionate dalla definizione di biologia sintetica... Si è verificata una sorta di collisione tra ingegneria e biologia. Credo che qualsiasi cosa ne derivi abbia iniziato a essere chiamata biologia sintetica", ha affermato Tom Knight.
Estendendo la prospettiva temporale, fin dagli albori della società agricola, gli esseri umani hanno selezionato e conservato i tratti desiderati negli animali e nelle piante attraverso lunghi incroci e processi di selezione. La biologia sintetica parte direttamente dal livello genetico per generare i tratti desiderati dall'uomo. Attualmente, gli scienziati hanno utilizzato la tecnologia CRISPR per coltivare il riso in laboratorio.
Uno degli organizzatori della conferenza, il fondatore di Qiji Lu Qi, ha affermato nel video di apertura che le biotecnologie potrebbero portare profondi cambiamenti al mondo, proprio come ha fatto in passato la tecnologia di Internet. Ciò sembra confermare che tutti gli amministratori delegati di aziende internet abbiano espresso interesse per le scienze della vita al momento delle loro dimissioni.
Tutti i magnati di Internet stanno prestando attenzione. Il trend del settore delle scienze della vita sta finalmente prendendo piede?
Tom Knight (primo da sinistra) e altri quattro fondatori di Ginkgo Bioworks | Ginkgo Bioworks
Durante la pausa pranzo, ho sentito una notizia: il 2 settembre Unilever ha annunciato che investirà 1 miliardo di euro per eliminare gradualmente i combustibili fossili dalle materie prime dei suoi prodotti ecocompatibili entro il 2030.
Entro 10 anni, i detersivi per il bucato, i detersivi in polvere e i saponi prodotti da Procter & Gamble adotteranno gradualmente materie prime di origine vegetale o tecnologie di cattura del carbonio. L'azienda ha inoltre stanziato un ulteriore miliardo di euro per istituire un fondo destinato a finanziare la ricerca sulle biotecnologie, sull'anidride carbonica e su altre tecnologie per la riduzione delle emissioni di carbonio.
Le persone che mi hanno dato questa notizia, come me che l'ho appresa, sono rimaste un po' sorprese dal lasso di tempo inferiore a 10 anni: la ricerca e lo sviluppo tecnologico, fino alla produzione di massa, si concretizzeranno così presto?
Ma spero che si avveri.
Data di pubblicazione: 31 dicembre 2021