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Realizzato primo software che riproduce intera vita di un batterio

Scritto da Paolo Ferrante il 24.07.2012

Computer

Per la prima volta è stato ricreato un modello completo e funzionante di organismo vivente al computer. Si tratta di un batterio che infetta l’uomo, e per riprodurre il suo funzionamento ci sono voluti 180 potenti computer.

Il gruppo di scienziati – guidato dal prof. Markus Covert – ha raccolto tutti i dati disponibili attraverso 900 precedenti studi sul batterio, per ricreare ogni minima interazione molecolare del ciclo di vita del Mycoplasma genitalium, il più piccolo batterio al mondo.

Non solo il modello permetterà ai ricercatori di affrontare questioni che non è facile affrontare sull’organismo in vita, ma rappresenta un importante trampolino di lancio verso l’uso della modellazione al computer della vita, un passo da gigante per la bioingegneria e la medicina.

Come osserva Covert, i recenti sviluppi nel campo della biologia hanno messo a disposizione una quantità enorme di informazioni che non si può più parlare di mancanza di dati sperimentali. Anzi, occorre iniziare a gestirli e dare loro un senso di insieme.

Tuttavia, gli esperimenti biologici adottano ancora un approccio riduzionista pre procedere nella ricerca, ossia si focalizzano su un singolo gene per vedere cosa fa e come si comporta.

“Purtroppo però, a molte delle domande che ci interessano non possiamo rispondere con questo approccio focalizzato sui singoli geni”, ha spiegato Covert. “Alcuni meccanismi cellulari sono il risultato complesso di centinaia o migliaia di geni interagenti.”

Secondo il primo autore dello studio Jayodita Sanghvi, questa situazione ha portato ad un enorme divario tra l’informazione e la comprensione di ciò che avviene a livello funzionale, che può essere compreso solo “portando tutti i dati in un unico modello e vedendo come si incastrano insieme”.

“In pratica, non capiamo come funziona una cellula finché non si può riprodurre, ad esempio”, ha detto Sanghvi.

Il batterio Mycoplasma genitalium è un parassita noto soprattutto perché si riproduce nell’apparato urogenitale e respiratorio umano. Ma il patogeno ha anche la caratteristica di contenere il più piccolo genoma di un organismo vivente libero (cioé una cellula procariote che sopravvive riproducendosi da sola). In tutto, il batterio conta solo 525 geni, contro i 4288 dell’E. coli, il batterio che può provocare le intossicazioni alimentari.

Nonostante la difficoltà nel lavorare con tecniche classiche con questo parassita, che si trasmette sessualmente, il suo limitato genoma è stato al centro di diverse iniziative di bioingegneria recenti. In particolare quelle di del Craig Venter Institute che nel 2008 ha realizzato la sintesi del primo cromosoma artificiale proprio basandosi su questo batterio.

Il modello al computer di questo batterio riproduce ogni funzione di sintesi proteica negli elaboratori del gruppo di ricerca. Il modello finale comprende più di 1.900 parametri determinati sperimentalmente e inseriti nelle macchine.

Per poter far lavorare tutti questi diversi pezzi in un unico ‘organismo’ computerizzato, i ricercatori hanno modellato i singoli processi biologici come 28 diversi “moduli”, ciascuno governato da un proprio algoritmo. Questi moduli comunicano l’un l’altro dopo ogni passo temporale, rendendo il tutto un modello al computer unificato che riproduce fedelmente il comportamento del M. genitalium nel mondo reale.

La cellula puramente computazionale ora apre orizzonti nuovi per i ricercatori, che avrebbero molta difficoltà a lavorare su un organismo reale. Ora invece hanno l’opportunità di riesaminare i dati sperimentali ed ‘eseguirli’ nel modello.

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