Siamo alle soglie dei primi computer biologici?

Cellule geneticamente modificate possono essere fatte comunicare tra loro come se fossero circuiti elettronici. Foto: crediti Università di Gothenburg

Cellule geneticamente modificate possono essere fatte comunicare tra loro come se fossero circuiti elettronici. Utilizzando cellule di lievito, un gruppo di ricercatori dell’Università di Göteborg, in Svezia, ha fatto un passo rivoluzionario verso la possibilità di costruire sistemi complessi per cui in futuro le cellule del nostro corpo potrebbero aiutarci a mantenerci sani. Lo studio è stato presentato di recente in un articolo sulla rivista scientifica Nature.

“Anche se le cellule ingegnerizzate non possono fare lo stesso lavoro di un vero computer, il nostro studio apre la strada per costruire sistemi complessi a partire da queste cellule”, spiega Kentaro Furukawa presso il Dipartimento di Biologia Molecolare dell’Università di Göteborg, uno dei ricercatori che ha realizzato l’esperimento. “In futuro ci aspettiamo che sarà possibile utilizzare simili sistemi per la comunicazione cellula-cellula nel corpo umano, per rilevare i cambiamenti nello stato di salute, per contribuire a combattere le malattie in una fase iniziale o per farli agire come biosensori per rilevare inquinanti in relazione alla nostra capacità di abbattere le sostanze tossiche nell’ambiente.”

Combinare biologia e tecnologia

La biologia sintetica è un settore relativamente nuovo della ricerca. Una applicazione è la progettazione di sistemi biologici che non si trovano in natura. Ad esempio, i ricercatori hanno costruito con successo una serie di diverse connessioni artificiali all’interno delle cellule geneticamente modificate, come interruttori, oscillatori e sensori.

Alcune di queste reti artificiali potrebbero essere utilizzate per applicazioni industriali o mediche. Nonostante l’enorme potenziale di questi collegamenti artificiali, ci sono state molte limitazioni tecniche fino ad oggi, soprattutto perché i sistemi artificiali in cellule singole raramente funzionano come previsto, e questo ha un forte impatto sui risultati.

Le biotecnologie sfidano il mondo dei computer

Utilizzando cellule di lievito, il team di ricerca presso l’Università di Göteborg ha ora prodotto circuiti sintetici basati sulla comunicazione regolata dai geni tra le cellule. Le cellule di lievito sono state modificate geneticamente in modo che possano “sentire” l’ambiente circostante sulla base di criteri definiti e quindi inviare segnali ad altre cellule di lievito secernendo alcune molecole. Le varie cellule possono quindi essere combinate come mattoncini di Lego per produrre circuiti più complicati. Utilizzando un sistema di cellule di lievito con diverse modificazioni genetiche è possibile effettuare funzioni “elettroniche” più complicate che con un solo tipo di cellule.

Il gruppo di ricerca dell’Università di Göteborg  è guidato dal professor Stefan Hohmann, e comprende anche Kentaro Furukawa e Jimmy Kjellen.

L’articolo di calcolo distribuito biologico con reti pluricellulari bioingegnerizzate, pubblicato sulla rivista scientifica Nature l’8 dicembre, è stato il risultato di una collaborazione con due team di ricerca spagnolo presso l’Universitat Pompeu Fabra di Barcellona. L’opera fa parte del progetto europeo CELLCOMPUT.