La prima cellula sintetica costruita da zero?

Alcuni ricercatori dell’Università del Minnesota, negli Stati Uniti, hanno annunciato di aver costruito in laboratorio una struttura simile a una cellula, quindi capace di nutrirsi, crescere, riprodursi e persino competere per la sopravvivenza.

L’hanno chiamata SpudCell, che in inglese significa “cellula patata”, perché la sua forma ricorda quella del tubero. Ma anche perché evoca Sputnik 1, il satellite che il 4 ottobre del 1957 segnò l’inizio dell’era spaziale. Nonostante sia stato presentato come un risultato rivoluzionario, l’articolo è un preprint, cioè non è ancora stato revisionato da altri scienziati, e quindi va preso con molta cautela. Se le affermazioni del preprint fossero confermate però sarebbe la prima volta che una struttura costruita da zero riesce a completare il ciclo cellulare, avvicinandoci all’obiettivo di creare la vita in laboratorio.

Non è la prima volta che qualcuno rivendica di aver creato una forma di vita sintetica, cioè creata in laboratorio. Per esempio nel 2010 un gruppo di ricerca guidato da J. Craig Venter, scienziato e imprenditore statunitense morto lo scorso aprile, aveva sintetizzato un intero corredo genetico e lo aveva incorporato nella cellula di un batterio.

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Di Synthia, così era stata chiamata la cellula di Venter, solo il genoma era sintetico, mentre il resto proveniva da un batterio. SpudCell, invece, è di un livello successivo perché è stata realizzata partendo soltanto da molecole.

Generalmente i biologi definiscono “vivo” qualcosa che riesce a svolgere tutte le funzioni vitali. Deve avere un metabolismo che riesca a trasformare le sostanze in energia (come fa l’organismo umano col cibo), ma anche riuscire a crescere, riprodursi, evolvere nel tempo attraverso mutazioni genetiche.

Ci sono corpi che non sono vivi che riescono a svolgere alcune di queste funzioni, ma non tutte. Un cristallo di sale, per esempio, può “crescere” se si aggiungono atomi o molecole alla sua struttura. Altri sono più difficili da classificare, come i virus, che non hanno un metabolismo proprio e che per replicarsi hanno bisogno di altre cellule; però hanno un genoma, riescono a riprodursi e a evolvere.

Anche definire SpudCell non è banale. È solo «una microscopica goccia d’acqua circondata da una membrana grassa e piena di sostanze e frammenti di DNA», come la descrive un articolo su Science, eppure è in grado di svolgere quasi tutte le funzioni vitali delle cellule.

Ci riesce grazie a PURE, un sistema sviluppato nel 2005 che permette di passare dal DNA alle proteine, un passaggio così importante da essere chiamato il “dogma centrale” della biologia molecolare. Il DNA, infatti, contiene le istruzioni genetiche, ma da sole queste istruzioni non vengono eseguite. Devono prima essere copiate in un’altra molecola, l’RNA messaggero, che poi viene letta dai ribosomi, organuli che hanno la funzione di interpretare queste informazioni e di tradurle in proteine, le molecole che nella cellula fanno quasi tutto il lavoro.

Altri ricercatori avevano già usato PURE, ma nessuno era riuscito a creare strutture capaci di crescere o riprodursi. Il genoma delle SpudCell, invece, è stato ingegnerizzato in modo che sulle loro superfici comparissero delle “etichette” molecolari che le rendessero capaci di legarsi con del materiale esterno come molecole o liposomi, che sono strutture in grado di trasportare sostanze nelle cellule.

Questi liposomi sono stati ingegnerizzati in modo da contenere tutte le sostanze utili a SpudCell che, quando li aggancia, ne assorbe il contenuto. In questo modo riesce a crescere e a replicare il proprio genoma.

Per la divisione cellulare e quindi la riproduzione, invece, i ricercatori hanno usato un’altra etichetta, chiamata FLAG. FLAG si lega alla streptavidina, una molecola che quando si accumula sulla membrana di SpudCell genera una repulsione tra le sue molecole e riesce a dividerla in due. Visto che questo meccanismo è molto inefficiente, i ricercatori hanno anche usato una divisione meccanica, cioè hanno fatto passare SpudCell attraverso un filtro meccanico per dividerla. Dopo cinque divisioni, solo il 30 per cento delle cellule figlie conservava l’intero genoma.

Per ora le Spudcell non hanno la capacità di evolvere, però riescono a competere tra loro. I ricercatori ne hanno modificate alcune per renderle capaci di agganciare più liposomi (e quindi di ingerire più sostanze nutrienti) e poi le hanno inserite con le altre nello stesso ambiente. Dopo cinque generazioni, c’erano più SpudCell con la mutazione che senza.

Le SpudCell, quindi, riescono a svolgere quasi tutte le funzioni vitali, ma non autonomamente. A questa obiezione gli autori rispondono che nessuna forma di vita è del tutto indipendente dall’ambiente e che l’assistenza che hanno fornito a SpudCell non sarebbe poi così diversa da quella data in laboratorio a un batterio che muore se non viene trasferito in un terreno di coltura fresco. Ma neanche loro si spingono a dire che si tratti di un organismo indiscutibilmente vivo. «La vita non è binaria», ha detto la scorsa settimana Kate Adamala, che ha guidato lo studio, al New York Times. «Ecco perché esito a definire tutto ciò “vivo”. Non esiste un confine netto, per quanto ci piacerebbe che ci fosse».

La notizia è stata accolta con grande attenzione dai giornali, nonostante come abbiamo detto sia ancora solo un preprint. I preprint sono pensati sia per assicurare ai ricercatori la proprietà intellettuale della scoperta, sia per dare alla comunità scientifica il tempo di leggerli prima della pubblicazione sulle riviste specializzate, che può richiedere mesi.

Questa volta è successa una cosa piuttosto anomala: Science ha ricostruito che Adamala ha mandato il manoscritto ai giornalisti sotto embargo (cioè impedendo loro di scriverne prima di una certa data) prima ancora di caricarlo su bioRxiv, il principale archivio di preprint di biologia. Per un certo periodo, quindi, la stampa ha avuto accesso al lavoro prima degli altri scienziati.

Sempre secondo Science il lavoro sarebbe stato inizialmente proposto alla rivista scientifica Cell, che lo avrebbe rifiutato dopo che un revisore aveva giudicato che SpudCell «non era vera biologia»; un giudizio che, non conoscendo il testo della revisione, si può solo ipotizzare riguardasse proprio la dipendenza del sistema da interventi ripetuti dei ricercatori.

Per alcuni scienziati SpudCell è la prova del fatto che le cellule sintetiche possono comportarsi come cellule viventi, mentre altri sono più cauti. Intanto altri ricercatori hanno lanciato insieme ad Adamala Biotic, un’organizzazione di ricerca senza scopo di lucro, per cercare nuove applicazioni di SpudCell. Drew Endy, bioingegnere della Stanford University e co-fondatore di Biotic, dice che l’obiettivo è costruire «un sistema operativo per la vita» fatto di geni e biochimica.