Che cos'è la genomica sintetica?
La genomica sintetica è un campo della biochimica incentrato sulla creazione del genoma - il completo assemblaggio delle informazioni genetiche o ereditarie di un organismo necessarie affinché quell'organismo mantenga la vita. Il genoma di un organismo è costituito da molecole di acido desossiribonucleico (DNA) che formano un codice. Parti di questo codice, chiamate geni, controllano la creazione e le interazioni delle proteine nelle cellule dell'organismo, consentendo all'organismo di funzionare. Nella genomica sintetica, gli scienziati manipolano e ricreano i genomi a fini di ricerca o per applicazioni pratiche nella produzione di medicinali e biocarburanti.
Il DNA è composto da unità strutturali ripetitive chiamate nucleotidi, che formano coppie di basi e creano i modelli che costituiscono il codice genetico. Nucleotidi e sequenze di DNA sono prodotti artificialmente per una varietà di applicazioni biochimiche, ma la genomica sintetica è un processo più coinvolto. Al fine di creare un genoma sintetico funzionale, il genoma naturale deve essere conosciuto per intero e replicato esattamente o modificato in modo tale da non influire su nessuna funzione cruciale.
Nel 2010, un gruppo di ricerca del J. Craig Venter Institute di Rockville, nel Maryland, ha creato il primo genoma batterico sintetico. Il batterio, Mycoplasma mycoides, ha un genoma costituito da un milione di paia di basi. Il team è stato in grado di replicare il genoma naturale del batterio utilizzando nucleotidi prodotti sinteticamente e di introdurre il genoma sintetico in una cellula batterica diversa, sostituendo il DNA di quel batterio con il DNA sintetico dei miciociti di Mycoplasma. Con il nuovo genoma in atto, la cellula ha iniziato a funzionare come una normale cellula di Mycoplasma mycoides, con tutte le sue funzioni intatte.
Complicazioni nella sintesi di un genoma possono facilmente sorgere a causa della complessità dei sistemi coinvolti. Ad esempio, se una coppia di basi è fuori posto o mancante, la cella potrebbe non funzionare affatto. Analogamente, i processi biochimici mediante i quali la cellula legge e implementa le informazioni nel DNA e le interazioni chimiche dell'ambiente cellulare con il DNA, devono essere corretti.
La tecnologia di genomica sintetica può essere adattata ad applicazioni industriali e commerciali, come la produzione di biocarburanti. A partire dal 2011, alcune aziende stanno studiando la possibilità di creare alghe sintetiche più efficienti delle alghe presenti in natura nell'intrappolare e trasformare l'anidride carbonica in sostanze utilizzabili. Molti ricercatori ritengono che l'ingegneria delle alghe in questo modo possa rendere la produzione di biocarburanti più economica e commercialmente praticabile.
Altri progetti di genomica sintetica prevedono la sintesi di una sola parte di un genoma per modificare un organismo da utilizzare a livello industriale o scientifico. Un esempio è la modifica dei genomi delle piante per rendere le colture più resistenti alla siccità o ai parassiti. In medicina, i microbi possono essere geneticamente modificati per agire come rimedi per alcune malattie o aiutare nella terapia genica.