Creata SpudCell, la prima cellula sintetica con ciclo vitale completo: l’annuncio dell’Università del Minnesota
L’Università del Minnesota annuncia di aver creato SpudCell, la prima cellula sintetica in grado di completare un intero ciclo vitale. Sviluppata da zero con componenti chimici non viventi dal team guidato dai professori Kate Adamala e Aaron Engelhart, SpudCell cresce, si nutre, replica il proprio genoma e si divide, riproducendo il ciclo biologico di una cellula naturale.
Il suo nome, ispirato alla forma che ricorda una patata (spud, in inglese), può sembrare curioso, ma lo sviluppo rappresenta un'importante svolta nell'ingegneria cellulare sintetica, con possibili applicazioni nella medicina molecolare e nella produzione di materiali innovativi.
“Abbiamo replicato in chimica ciò che prima era possibile solo in biologia: l’insieme completo dei comportamenti di una cellula” ha affermato Adamala. “Ciò dimostra che le funzioni più fondamentali della vita, come la crescita e la replicazione, non necessitano di una misteriosa scintilla magica”.
Come funziona SpudCell, la cellula sintetica creata da zero
La prima cellula sintetica SpudCell è costituita da un liposoma, una sfera di lipidi che riproduce la membrana esterna delle cellule naturali, e da un genoma di circa 90.000 coppie di basi del DNA (90 kbp), oltre 33.000 volte più piccolo di quello umano, che conta circa 3 milioni di kbp. Con queste dimensioni, il suo genoma è persino inferiore alle 113 kbp che i biologi avevano finora ipotizzato come soglia minima per una cellula vivente.
Anziché essere organizzato in un singolo cromosoma, il genoma è strutturato in sette plasmidi di DNA separati. “Questa struttura modulare ci ha permesso di ‘programmare’ le diverse funzioni cellulari in modo indipendente” hanno spiegato gli scienziati. “Con lo sviluppo futuro, SpudCell e le cellule successive saranno in grado di svolgere funzioni e comportamenti sempre più complessi”.
SpudCell è inoltre dotata di un “sistema di espressione proteica” integrato, che traduce le istruzioni genetiche del DNA in azioni, trasformando i nutrienti assorbiti dal liquido circostante in materiali utili alle funzioni cellulari.
La divisione cellulare, uno dei principali ostacoli nella ricerca sulle cellule sintetiche, viene completata senza citoscheletro: a differenza delle cellule naturali utilizzano il citoscheletro per formare il fuso mitotico e dividersi in due cellule figlie, SpudCell utilizza proteine che si addensano sulla superficie della membrana, fino a quando lo stress meccanico non ne provoca la divisione.
SpudCell è inoltre soggetta a selezione: introducendo una variante genetica che aumenta la produzione di una proteina di crescita, dopo cinque generazioni quella variante soppianta la versione originale, un effetto ancora più marcato in condizioni di scarsità di nutrienti.
Secondo i ricercatori, il sistema SpudCell è in grado di “selezione, replicazione del genoma, crescita, acquisizione di risorse tramite alimentazione e divisione geneticamente codificata”.
Perché SpudCell segna una svolta
La presentazione di SpudCell è stata accompagnata dalla nascita di Biotic, un'organizzazione di ricerca senza scopo di lucro che punta a creare un'infrastruttura condivisa per l'ingegneria cellulare sintetica, aperta ai ricercatori di tutto il mondo. L'annuncio è arrivato insieme alla pubblicazione dello studio, che non è ancora stato sottoposto a revisione paritaria.
“Questo lavoro è solo l’inizio. Stiamo dimostrando che è possibile ingegnerizzare le funzioni di base della cellula, ma per realizzare appieno il potenziale di questa tecnologia abbiamo bisogno di uno sforzo internazionale congiunto” ha aggiunto Adamala. “Il ruolo di Biotic è quello di concentrare gli sforzi ingegneristici e renderli compatibili con un telaio condiviso. SpudCell è quel telaio e, con Biotic che definisce i protocolli di collaborazione, non vediamo l’ora di iniziare ad applicare questa tecnologia a sfide concrete”.
L'obiettivo dichiarato è trasformare la costruzione di cellule come SpudCell da impresa artigianale a vero processo ingegneristico, rendendo la progettazione di sistemi sintetici sempre più standardizzata, riproducibile e accessibile.
“La maggior parte dei prodotti manifatturieri da cui dipendiamo, dai medicinali ai materiali fino ai prodotti chimici industriali, richiede trasformazioni molecolari che oggi realizziamo sfruttando cellule naturali o la chimica industriale, con enormi costi energetici” spiegano i ricercatori. “Cellule create da zero potrebbero eseguire trasformazioni molecolari impossibili con la chimica industriale. Ciò potrebbe rivoluzionare la medicina molecolare, consentendo la creazione di molecole terapeutiche precise. Potremmo assistere alla produzione di materiali coltivati, anziché sintetizzati, e ad approcci produttivi che operano a temperature biologiche, non industriali”.
