Scienza e ricerca

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Gli dei in laboratorio: le frontiere della biologia sintetica

4 luglio 2013

Lo scorso anno Geneviève Fioraso, ministro francese della ricerca, l’ha definita "un campo emergente". E le ha dedicato un libro, Les enjeux de la biologie de synthèse (Biologia di sintesi: la posta in gioco), frutto di un’indagine dell’Ufficio parlamentare di valutazione  delle scelte scientifiche e tecnologiche.

Due anni prima, nel maggio 2010, Barack Obama l'aveva indicata come "una pietra miliare" nel settore emergente della ricerca cellulare e genetica. E aveva dato mandato alla Presidential Commission for the Study of Bioethical Issues di analizzarne tutte le implicazioni etiche, oltre che scientifiche. La commissione bioetica della Casa Bianca ha lavorato sodo. E già nel dicembre 2010 aveva pronto un rapporto di oltre 200 pagine, New Directions. The Ethics of Synthetic Biology and Emerging Technologies, in cui, fin dal titolo, viene messo in evidenza il carattere di novità della biologia sintetica.

Eppure, sostengono gli storici, questo ambito di ricerca vanta oltre 100 anni. Inaugurata dal biologo francese Stéphane Leduc, quando, nel 1912, non solo pubblicò un libro, La Biologie Syntetique, che ha dato il nome alla disciplina, ma propose anche un vero e proprio “discorso sul metodo” per farla, la biologia sintetica. Le scienze evolvono, sosteneva lo scienziato, e tutte passano attraverso tre diversi stadi: la descrizione, l’analisi e la sintesi dei fenomeni studiati. All’inizio di questo XX secolo la biologia sta passando dalla fase di descrizione a quella di analisi dei fenomeni osservati. Ma verrà il giorno in cui i meccanismi della vita saranno così ben conosciuti da consentire il passaggio alla terza e ultima fase: la sintesi in laboratorio di nuove molecole biologiche e di nuovi organismi viventi (capaci di autoreplicarsi). Allora entreremo nell’era della biologia sintetica.

Quel tempo è arrivato, siamo finalmente entrati nella terza fase della biologia, quella della biologia di sintesi, ha scritto Carlo Alberto Redi, biologo dell’università di Pavia, lo scorso 25 giugno in un articolo, Single-cell analysis - Methods and protocols, pubblicato dalla rivista scientifica PubMed. E, in effetti, la ricerca nel settore della biologia sintetica procede. Le sue applicazioni tecnologiche alimentano già ora un giro di affari superiore al miliardo di dollari. Ed entro il 2020, sostiene Redi, saremo in grado di produrre nuove molecole biologiche grazie a catalisi chimiche ottimizzate: biocarburanti e cibo, organismi fotosintetici capaci di raddoppiare la propria biomassa in poche ore, farmaci da somministrare in modo più efficiente (vaccini, cellule staminali), cellule e batteri capaci di individuare cellule cancerose.

Nessun dubbio sulle accelerazioni presenti e sugli sviluppi futuri, sostiene tre giorni dopo, il 28 giugno, sulla medesima rivista Beth Preston, filosofa americana della University of Georgia, ma la biologia sintetica è cosa antica. Ha almeno 10.000 anni e risale al tempo in cui gli uomini hanno imparato a coltivare le piante e ad allevare gli animali. È allora, con abili incroci, che l’uomo ha iniziato a “creare” organismi mai visti prima in natura.

Il dibattito è ampio, e potrebbe continuare a lungo. Ma che cos’è la biologia di sintesi e perché suscita tanto interesse? "È difficile trovare una definizione funzionale della biologia di sintesi", sosteneva nel 2009 lo European Group on Ethics in Science and New Technologies nel rapporto Ethics of synthetic biology. Tuttavia, essa può essere descritta in base ai suoi tre grandi obiettivi scientifici e ai suoi due grandi approcci metodologici.

Il primo tra gli obiettivi scientifici è di imparare a “riscrivere” la forme della vita copiandole tali quali (o quasi) da quelle esistenti. È quello che è riuscito a raggiungere l’americano Craig Venter, con il suo gruppo, quando, tre anni fa, ha sintetizzando in laboratorio la copia esatta del Dna di un batterio, il Mycoplasma mycoides, e mostrando che essa funziona bene in vivo quanto l’originale.

In realtà Venter ha raggiunto in parte anche il secondo obiettivo della biologia sintetica: creare sistemi biologici nuovi, che non esistono in natura, utilizzando sia molecole di sintesi che molecole e organismi naturali. È quello che lo scienziato americano ha fatto, trasferendo la copia “artificiale” del Dna del Mycoplasma mycoides nel citoplasma di un altro batterio, il Mycoplasma capricolum. Il nuovo sistema biologico ha funzionato.

Ma il terzo obiettivo è molto più ambizioso: consiste nel creare nuove molecole capaci di attività biologica e, in prospettiva, nuovi organismi che non esistono in natura. In questo caso potremmo parlare di vera e propria creazione (in senso del tutto laico, ovviamente).

Quanto ai due aspetti metodologici, il primo è quello top-down, dall’alto in basso, e consiste nel tentare di ottenere organismi completamente nuovi mediante progressive variazioni di un modello naturale originale. Il secondo approccio è, invece, bottom-up: si parte dal basso. In pratica, si mettono a punto molecole biologiche nuove, non esistenti in natura, e le si sottopone a una selezione naturale guidata, per quanto possibile, in modo che si auto-organizzino e formino nuovi organismi. Sarà possibile così realizzare, in prospettiva, sia «fabbriche viventi» che «fabbriche di viventi».

Un sogno, per alcuni. Un incubo, per altri. Per Genya V. Dana, Todd Kuiken, David Rejeski (del Woodrow Wilson International Center) eAllison A. Snow dell’Ohio State University, che nel febbraio 2012, hanno scritto Nature, un articolo intitolato Synthetic biology: Four steps to avoid a synthetic-biology disaster: quattro passaggi per evitare il disastro annunciato della biologia sintetica. Il rischio, sostengono, è che le nuove molecole o addirittura i nuovi organismi sintetici possano sfuggire al controllo degli scienziati, invadere l’ambiente naturale e, infine, devastarlo. Un rischio per nulla improbabile. In fondo è successo e succede tuttora con molte specie esotiche: un classico, sia pure a livello macroscopico, è quello del pesce persico che introdotto nelle acque del Lago Vittoria ha prodotto una drastica riduzione di biodiversità.

Tuttavia la percezione del rischio, come sostiene l’americana Presidential Commission for the Study of Bioethical Issues, non deve annullare l’esplorazione delle opportunità. Per minimizzare i rischi connessi alla biologia sintetica come a molte altre attività umane l’importante è parlarne, in maniera trasparente. Anche in sede politica, come fa Obama negli Usa o Fioraso in Francia.

Quanto alle opportunità, la biologia di sintesi ne offre almeno di due tipi: da un lato l’aumento delle conoscenze di base (dall’origine della vita allo studio della complessità del vivente), dall’altro le applicazioni. In prospettiva sono enormi. Non è detto che tutte si realizzeranno. Ma è certo che aprire “fabbriche viventi” microscopiche e alimentate dall’energia solare potrebbe consentire di eliminare molti degli effetti non desiderati che le grandi “fabbriche non viventi” esercitano tutt'ora sull’ambiente e sulla salute umana. Troppo spesso nell’indifferenza, o nella non sufficiente considerazione, di molti, se non di tutti.

Pietro Greco