Biologia - Vito Tartamella
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Biologia
REPORTAGE
Scienza
I
l loro sito Internet è semplice: ba
sta inserire il nome del prodotto e
appare la scheda con il prezzo. Ma
il catalogo è da brivido: per 390 €
si può ordinare il coronavirus che
causa la Sars. Più economico lo
Yersinia pestis, il bacillo della pe
ste bubbonica: 348 €. La vera occasione è
il virus Ebola (Zaire ebolavirus): è gratis,
Abbiamo visitato
si pagano solo le spese di spedizione.
Ma non è un sito di bioterroristi: sulla te
stata, infatti, c’è il rassicurante logo della
a Londra la più Sanità pubblica britannica. Che offre un
servizio straordinario: conserva e invia
antica biobanca:
per posta, in pacchi infrangibili, migliaia
di microrganismi – anche i più pericolosi
– agli scienziati di tutto il pianeta.
conserva Le Culture Collections (Collezioni di col
ture: www.phe-culturecollections.org.
e spedisce in uk) sono una delle numerose biobanche
esistenti al mondo (v. riquadro alle pros-
tutto il mondo
sime pagine). Invece di conservare inno
cui semi agricoli, nei loro freezer conge
lano pericolosi agenti infettivi: 400 virus
migliaia di virus e 5mila colture batteriche, oltre a 40mila
linee cellulari e 4mila ceppi di funghi. è
e batteri, dalla
una delle collezioni internazionali più
importanti in questo campo, e sicura
peste a Ebola.
mente la più antica: ha quasi un secolo
di vita. Come funziona questa banca? A
cosa serve? E, soprattutto: è sicura? Fo-
Per aiutare cus è andato a visitarla.
la ricerca.
CONGELATI. Accedere è impossibile
senza una lunga trafila di autorizzazio
ni: i virus più rischiosi, quelli di livello di
La banca
biosicurezza 4 (mortali e infettivi anche
per via aerea) sono conservati a Porton
Down, a ovest di Londra, in stanze a te
nuta stagna, nelle quali si entra solo dopo
aver passato rigidi controlli di sicurezza
e porte blindate con badge di identifica
più pericolosa
zione e serrature a combinazione. I bat
teri, invece, sono custoditi nell’Agenzia
di tutela della salute a Colindale, a nord
di Londra. In queste sedi le cellule, ma
nipolate con guanti a manica in gomma
della Terra
MANEGGIARE
che sbucano in cappe di sicurezza sigilla
CON CURA.
Un biologo te, sono controllate e conservate in fiale:
delle Culture prima vengono raffreddate nell’azoto li
Collections di quido a –196 °C, poi custodite in appositi
Londra, dove si congelatori a –80 °C.
conservano
migliaia di
«Per mantenere le colture vive e isolate
virus, batteri, da altri contaminanti dobbiamo esegui
Foto di Christian Sinibaldi cellule e funghi. re molti test», racconta la direttrice del
la banca, Julie Russell. «Prima dobbia
mo farle proliferare: e in alcuni casi,
126 | Focus Novembre 2016 Novembre 2016 Focus | 127
REPORTAGE
C’è anche
GOCCIA A GOCCIA.
Una biologa prepara
una coltura: bisogna evitare di
un batterio
contaminarla e di contagiarsi.
che Fleming
questi agenti patogeni, per fare test dia
gnostici oppure per sviluppare nuove
cure, che siano antibiotici o vaccini».
estrasse Uno degli articoli più richiesti dell’anno,
infatti, è il virus Zika: ha suscitato preoc
dal suo naso
cupazioni in Brasile perché può causare
malformazioni ai feti. «Ne abbiamo 3
ceppi nella nostra Collezione», continua
Russell. «Uno fu estratto nel 1962 da una
come per il bacillo di Koch, che causa zanzara catturata nella foresta di Zika in bacilli dell’antrace? «Abbiamo un’orga sono liofilizzati in piccole provette di
la tubercolosi, occorrono 6 settimane. Uganda. Un secondo ceppo è stato isola nizzazione ferrea, molto automatizzata, plastica, oppure in sospensione liquida,
Poi eseguiamo una lunga batteria di test to negli Usa da un uomo arrivato da Porto nella quale il tempo è il fattore cruciale: e inseriti in un contenitore con ghiaccio
biochimici, genomici, morfologici. Ci vo Rico nel 2015, e un terzo è stato prelevato non possiamo permetterci che il mate secco, che li mantiene a –80 °C. Si può
gliono anche 3 mesi per fare tutti i con dallo sperma di un paziente della Guada riale si distrugga o si perda. O che fini richiedere anche solo l’Rna estratto dal
trolli su ogni ceppo di microorganismi: lupa, ricoverato nel Regno Unito: sarà di sca nelle mani sbagliate», risponde Ana virus: non è infettivo, ed è usato per fare
per contaminarli basta un micoplasma sponibile a breve, per 298,5 €». Deheer-Graham, coordinatrice scienti la diagnosi delle infezioni. Ambo i pro
(un piccolo batterio, ndr), che al micro Ma perché pagare? Mantenere una bio fica della Collezione di batteri. dotti viaggiano in confezioni infrangi
scopio ottico non si vede nemmeno. Poi li banca costa. Per i primi 50 anni, quella Il primo passo, infatti, è verificare le bili. Un’équipe di 20 persone è dedicata
congeliamo e li conserviamo, verificando britannica è stata finanziata dal ministe credenziali scientifiche di chi chiede i solo alla logistica: prepara il materiale,
ogni anno che non muoiano». ro della Sanità: «Ma dal 1970 ci mante microorganismi: per poterli ricevere oc lo impacchetta e lo affida a uno dei due
niamo da soli», dice Russell. «Il nostro corre essere uno scienziato di un labo corrieri specializzati reclutati dal gover
BUDGET. Che scopo ha tutta questa orga budget annuo è di 5 milioni di sterline ratorio pubblico o privato dotato delle no britannico. E la spedizione viene mo
nizzazione? La conservazione è solo una (5,83 milioni di €): l’80% arriva dalla necessarie strutture di sicurezza, e aver nitorata fino alla consegna.
parte del lavoro. La fase cruciale è l’invio vendita di materiale biologico, il resto da compilato vari moduli per spiegare a I microrganismi viaggiano anche in sen
di questo delicato materiale biologico. finanziamenti di altri enti». quali scopi si richiede il virus o il batte so inverso: gli scienziati che scoprono
«Le nostre collezioni», spiega Russell, Come si fa a spedire una provetta che in rio, impegnandosi a non cederlo ad altri. nuovi focolai di infezione, oppure la mu
«servono agli scienziati che studiano 0,15 g contiene milioni di virus Ebola o di «Non spediamo nulla senza aver con tazione di batteri o virus già noti, posso
trollato ogni dettaglio», aggiunge Rus
sell. «Tutte le richieste devono essere
autorizzate dal ministero degli Esteri:
la verifica può durare anche 2 o 3 mesi, biobanche: 700 nel
e nemmeno noi sappiamo quali controlli mondo (E 15 in ITALIA)
PREPARAZIONE. facciano. L’autorizzazione può dipende
Fiale di batteri in un re anche dagli scenari politici». CEPPI. Secondo la Federazione
essiccatore: senz’acqua
si conservano a lungo.
mondiale delle collezioni colturali
PERMESSI. I Paesi più critici? «Quelli (Wdcm), le biobanche di
arabi e l’Iran. E le nazioni meno svilup microrganismi sono 710 in 72 Paesi
pate, che spesso non hanno laboratori del mondo, e conservano oltre 2,5
I 9 microrganismi idonei dove conservare questi organi milioni fra batteri, funghi, virus e
più pericolosi smi», risponde Deheer-Graham. «Ma linee cellulari. La più grande è negli
della collezione anche l’invio negli Usa o in Australia è Stati Uniti: l’Atcc, che ha 18mila
complicato per ragioni burocratiche: ceppi batterici e oltre 2mila virus.
ATTENZIONE. Le Culture hanno leggi molto rigide sull’importa In Europa ce ne sono in Germania,
Collections britanniche conservano zione di materiale biologico. Occorrono Svezia, Belgio, Spagna, Francia e
molti organismi pericolosi. I batteri anche 3 mesi per avere tutti i permessi, Paesi Bassi. E molte si stanno
più ad alto rischio sono: Bacillus ai quali si aggiunge il tempo del viaggio». consorziando in enti europei: la
anthracis (causa l’antrace), I batteri viaggiano in fiale: vengono disi Francia ospita l’archivio dei virus
Francisella tularensis (tularemia), dratati, togliendo loro il 97% dell’acqua; (Evag), il Regno Unito quello delle
Yersinia pestis (peste), Salmonella poi si rimuove l’aria e si sigilla la fiala a staminali (Ebisc).
typhi (febbre tifoide), fuoco: in queste condizioni, possono so E l’Italia? Ne ha 15, per lo più di tipo
Mycobacterium tuberculosis pravvivere anche 50 anni. I virus invece agro-alimentare. Come l’Umcc
(tubercolosi), Brucella (brucellosi). all’Università di Reggio Emilia:
I virus più pericolosi sono: Zaire conserva lieviti e batteri usati per
ARCHIVIO VIVENTE. realizzare vino, aceto e formaggi,
ebolavirus (Ebola), virus della Uno schedario colmo di provette:
febbre gialla e virus dengue. ognuna contiene un ceppo di batteri,
parmigiano in primis.
conservati in stanze refrigerate.
128 | Focus Novembre 2016 Novembre 2016 Focus | 129
REPORTAGE
CATALOGATI E
CONTROLLATI.
Una coltura di
Cronobacter
sakazakii, un
batterio che
MAGAZZINO. causa infezioni
A destra, il anche mortali
reparto logistico nei neonati.
della Collezione: I batteri
i contenitori si possono
cilindrici sono conservare
freezer ad azoto anche
liquido, che per 50 anni.
arrivano a –196
°C. Qui sotto,
test per
verificare che
le fiale siano
sotto vuoto.
Per gentile concessione Culture Collections
no inviarli alla Collezione, perché li con si prese la gastrite. Marshall vinse il No con 1 milione di sterline dal Wellcome veniente dall’Arabia. Forse questa pato per 50 diversi tipi di tessuto. è in questa
servi per future ricerche. Come ha fatto bel e inviò quegli Helicobacter a Londra. Trust Sanger Institute, e i risultati sono logia si diffonde attraverso i cammelli». sezione l’articolo più caro della banca, il
il medico australiano Barry Marshall: nel Nella Collezione, infatti, sono conserva pubblicati gratis sul sito, per la comunità Oggi, però, è più difficile far circolare cancro alla cervice uterina: costa 574 €.
1984 aveva ipotizzato che ulcere e gastri ti organismi che hanno fatto la storia: 16 scientifica internazionale. questi microorganismi: le leggi antiter «Le linee cellulari sono fondamentali
ti fossero causate da un batterio, l’Helico- colture furono depositate da Alexander La Collezione è un osservatorio privile rorismo, quelle sul materiale biologico per testare nuovi farmaci o per verifi
bacter pylori. Ma gli scienziati dell’epoca Fleming, lo scopritore della penicillina. giato per monitorare i focolai di infezio e sugli ogm rendono complicato il lavo care la tossicità di sostanze senza dover
lo contestavano, convinti che l’acidità L’Haemophilus influenzae, un batterio ni: sia attraverso gli ospedali del Regno ro delle biobanche. «In più», aggiunge ricorrere a cavie viventi», spiega Russell.
dello stomaco ne impedisse la sopravvi che può causare la meningite, lo estrasse Unito, sia con collaborazioni internazio Deheer-Graham, «manca una regola «Molte scoperte sul cancro al seno, sul
venza. Così Marshall, per dimostrare la direttamente dal suo naso. nali. Nel 2011, per esempio, fu coinvolta mentazione internazionale sull’invio di diabete, o sull’effetto dei cosmetici sulla
validità della propria ipotesi, bevve una I primi campioni della Collezione, fon quando in Germania scoppiò un’epide biomateriale. In passato era più facile pelle sono state fatte su questi campioni.
coltura del batterio: dopo due settimane data nel 1920 dal batteriologo Frederick mia d’Escherichia coli enteroemorragi farlo circolare; oggi, il protocollo di Na A patto che siano certificati».
William Andrewes, sono molto antichi: ca, un’infezione alimentare che contagiò goya (2010) stabilisce che gli eventuali Il che non è scontato: nel 2012 l’auto
sono esemplari di un altro batterio, la più di 3mila persone causando 53 morti. I vantaggi economici derivanti dall’uso di revole rivista scientifica Nature aveva
Virus artificiali? Si può ma... Shigella dysenteriae, estratta dal corpo di
Ernest Cable, il primo soldato britannico
microbiologi scoprirono che la fonte era
un produttore di insalata che usava semi
un organismo debbano essere suddivisi
fra il Paese fornitore e quello ricevente. è
invitato 56 laboratori a replicare i pro
pri esperimenti in oncologia davanti a
morto di dissenteria nelle trincee della di fieno contaminati, importati dall’E più facile farlo in Europa che fuori». un esperto indipendente. Si scoprì che
TARIFFE. Le biobanche sono inaccessibili a un criminale. Ma oggi un terrorista Prima guerra mondiale. gitto. E quel ceppo aveva sviluppato una solo l’11% aveva usato modelli cellulari
potrebbe creare un virus o un batterio artificiale? La domanda non è fuori luogo: capsula gastroresistente che lo rendeva TESSUTI. Pur con tutte queste difficoltà, appropriati. «Alcuni biologi credono di
già nel 2002 l’Università di New York riuscì a ricreare in laboratorio il virus della PROFILI. «Questi ceppi antichi servono più aggressivo nel causare l’infezione. nell’ultimo anno le Culture Collections studiare le cellule tumorali del cancro
poliomielite, il cui Rna ha solo 7.500 basi. Ma oggi se ne potrebbe creare uno più a studiare l’evoluzione dei microrgani Nella Collezione c’è anche un nuovo te hanno inviato 25mila materiali biologici al seno, e invece stanno facendo esperi
potente e complesso? «Oggi diverse aziende sintetizzano il genoma a smi», commenta Russell. «Li abbiamo mibile coronavirus, il Mers-Cov (Middle in tutto il mondo (Europa soprattutto). menti su colture di cancro alla cervice
pagamento», risponde Massimo Pizzato, virologo del Centro di biologia forniti per uno studio internazionale su East respiratory syndrome coronavirus I più richiesti, però, non sono batteri e uterina», dice Russell. «Per questo sem
integrata all’Università di Trento. «Far assemblare il genoma di un virus può 330 ceppi di Shigella isolati nell’ultimo infection): ha un tasso di mortalità supe virus, bensì le linee cellulari. Ovvero, pre più laboratori si rivolgono a noi per
costare 2-3mila €. Ma in alcuni casi, come il virus del vaiolo, il Dna è molto lungo secolo. Si è scoperto che la dissenteria, riore a quello della Sars. «è stato isolato campioni di tessuti umani sani o malati. avere campioni Doc».
da assemblare: ha 200mila basi, e i costi sarebbero molto più elevati». tuttora un flagello in Asia e in Africa, è nel 2012, nei polmoni di un paziente pro A Porton Down ne hanno oltre 40mila Cosa succederà alle Culture Collections
Comunque, aggiunge Pizzato, replicare il Dna o l’Rna non basta: «I batteri hanno nata in Europa. Il 98% del suo genoma è dopo la Brexit? «Non sappiamo», rispon
membrana, pareti e citoplasma che non si possono ricostruire artificialmente. rimasto identico, ma nel frattempo è di de Russell. «Siamo preoccupati, come
Dunque, occorrerebbe trasferire il Dna artificiale in un batterio già esistente: l’ha
fatto Craig Venter nel 2010, e pochissimi laboratori al mondo hanno mezzi e
ventato resistente a più antibiotici».
Dal 2014, la biobanca ha iniziato a studia Ogni anno inviano 25mila tutti gli scienziati britannici: la collabo
razione con l’Europa è fondamentale e
campioni biologici in tutto il
competenze per farlo. I virus, invece, contengono enzimi e hanno un involucro re il genoma (Dna e Rna) di ogni micror per ora continua. Siamo nati nel 1920 per
proteico e spesso anche lipidico, responsabile della loro infettività: per replicarli, ganismo: grazie a sequenziatori compu fornire risorse certificate per il progres
mondo. Con attente verifiche
un malintenzionato dovrebbe avere notevoli conoscenze in biologia molecolare terizzati di ultima generazione, bastano so della scienza. E ci crediamo ancora: il
e cellulare. E impiegherebbe mesi per riuscirci. Senza contare che avrebbe 24 ore per tracciare il profilo genetico di virus Ebola lo inviamo gratis proprio per
bisogno di costosi macchinari per manipolare questi organismi in sicurezza». ognuno dei pezzi in catalogo. Il progetto, favorire la ricerca di una cura».
chiamato Nctc3000, è stato finanziato Vito Tartamella
130 | Focus Novembre 2016 Novembre 2016 Focus | 131
Scienza
Così un’alga
ci salverà
Producono cibo, farmaci
e carburanti. Purificano l’aria
e l’acqua, dandoci un mondo
più ecologico. A patto che...
COLLEZIONE
RECORD.
Sono 1.200
le provette
Fotosintetica & Microbiologica
dell’Università
di Firenze
con i vari ceppi
di alghe prelevati
in tutto il mondo.
2 | Focus Settembre 2014 Settembre 2014 Focus | 3
Università di Firenze (2)
CRESCITA CONTROLLATA.
Colture d’alghe in provette
insufflate con aria arricchita
di CO2 all’Università di Firenze.
Hanno bisogno solo di acqua, sale e sole
e si riproducono rapidamente dando vita
a una nuova generazione in poche ore
P
ossono produrre alimenti d’ogni sola cellula, e pertanto invisibili a occhio
genere e carburanti ecologici. nudo (sono grandi pochi micron, millesi-
Sono depuratori efficientissi- mi di millimetro) ma fondamentali: metà
mi. E presto ci daranno lozioni dell’ossigeno che state respirando ora è
protettive solari, cure contro la calvizie e prodotto dalla loro fotosintesi.
sostanze dimagranti. Perché sono la più L’industria è attratta da possibili appli-
colossale multinazionale della chimica: cazioni di impatto globale: cibo ecologico
le alghe. e carburanti alternativi al petrolio. Basti
FONTE DI LIPIDI. Alghe verdi
Non pensate ai vegetali – pur ricchissimi dire che, nel 2009, la Exxon Mobil ha pa- flagellate (Tetraselmis) ingrandite 400
di proprietà – che crescono sui fondali gato 600 milioni di dollari alla Synthetic volte al microscopio.
marini, resi celebri dalle televendite de- Genomics di Craig Venter (il primo a
gli Anni ’80. Negli ultimi anni la scienza sequenziare il genoma umano) perché velocità di riproduzione: danno vita a
si sta interessando molto di più ai loro andasse in giro, con la sua barca, a pre- una nuova generazione in poche ore,
minuscoli progenitori: le microalghe. levare campioni nei mari del mondo alla quindi hanno grandi potenzialità in am-
Organismi composti in genere da una ricerca dell’alga più adatta a produrre bito agricolo come fonti di cibo. Le alghe,
biocombustibili. E nel 2010 l’Eni ha in- infatti, consentono di ottenere cibi pro-
vestito 6 milioni di euro per costruire a teici usando fonti semplici e inesauribili:
Fanno crescere Gela un impianto pilota per la produzio- acqua, sali minerali, luce del sole. Basta
i CAPELLI ne di biocarburante da alghe: 11 vasche e filtrare e centrifugare l’acqua in cui sono
6 filari per un totale di 5.400 m2. Sarà il cresciute, e si ottiene una nutriente pol-
Un estratto dell’alga Isochrysis più grande d’Europa. tiglia.
stimola del 42% la crescita Il laboratorio universitario fiorentino –
di capelli sul cuoio capelluto, Fabbriche di proteine. Ma perché oggi guidato dal professor Mario Tredici
aumentando i follicoli piliferi tanto interesse verso questi minuscoli – è uno dei più avanzati al mondo nella
in fase di crescita: la Cutech di organismi? Perché sono piccole fabbri- ricerca applicata sulle microalghe. Par-
Padova lo considera un candidato che di meraviglie. L’aveva già capito, fra tecipa a molti studi internazionali e fa
promettente per lo sviluppo di un gli altri, nel 1956, un docente di micro- consulenze a colossi della chimica come
cosmetico attivo nella prevenzione biologia agraria, Gino Florenzano, che Eni, Sabic (Arabia Saudita) e Roquette
della perdita di capelli. iniziò a studiarle nei laboratori dell’U- (Francia). Anche se, bisogna dirlo subito,
niversità di Firenze, attratto dalla loro il “sacro Graal” della ricerca sulle alghe
4 | Focus Settembre 2014
Mac/Archimede ricerche/F&M
Le alghe possono ripulire le acque ORTI VERTICALI.
di scarico: assorbono ammoniaca, nitrati
Una serra di 1.000 m2 con filari di
fotobioreattori per coltivare l’alga
e fosfati, trasformandoli in grassi
Nannochloropsis: è la società
Mac di Camporosso (Imperia).
Tredici. «Produrre 1 kg di biomassa secca
CONTRO le radiaziONI di alghe costa circa 1-2 €, contro i circa
0,55 € del petrolio grezzo. Finché resterà
L’alga Closterium moniliferum questo divario, le industrie punteranno
potrà essere usata dopo i disastri sull’oro nero».
nucleari: l’hanno scoperto gli Coltivare alghe costa perché i bacini
scienziati di Northwestern aperti, le grandi vasche dove sono col-
University (Usa) e Argonne National tivate, devono essere monitorati con
Laboratory (Usa). L’alga rimuove lo attenzione per evitare l’infiltrazione di
stronzio 90 (isotopo radioattivo), contaminanti. Senza contare la notevole
Università di Firenze
depositandolo in cristalli nelle evaporazione d’acqua (100 m3 per ettaro
proprie strutture cellulari. E la al giorno) e le forti variazioni di salinità
spirulina, testata sui bimbi di causate dalla pioggia, che compromette
Chernobyl, in 20 giorni dimezza le la stabilità del sistema.
L’esperto. Mario Tredici,
sostanze radioattive nelle urine.
docente di Microbiologia agraria
all’Università di Firenze. DEPURATRICI. Che fare? Una soluzione
l’ha proposta l’Istituto di Tecnologia di
– ottenere cibo ed energia a basso costo – al 60% della sua biomassa essiccata (il Rochester (Usa): coltivarle nelle acque
è ancora un obiettivo lontano. peso a secco consente di confrontare le reflue. Alghe come la Scenedesmus, la
«Le microalghe hanno proprietà uni- proprietà senza il tasso d’umidità, molto Chlorella e la Chlamydomonas riescono
che» spiega Tredici. «E sono un univer- variabile, ndr). Così può produrre 20 ton- infatti a trasformare in grassi alcuni in-
so da esplorare: ne impieghiamo solo nellate di olio per ettaro l’anno: quasi il quinanti (ammoniaca, nitrati e fosfati):
qualche centinaio di ceppi su 200 mila quadruplo della palma da olio (5,5 t), oggi in 6 giorni purificano le acque, diventan-
(c’è chi dice 800 mila) specie e milioni di la fonte migliore per i biocombustibili. do fonti di combustibile. «Nel mondo»
ceppi diversi». E poi mostra con orgoglio Abbiamo trovato un nuovo Eldorado? dice Jeff Lodge, biologo dell’Istituto di
una fila di provette appese in laboratorio: Non ancora: per produrre il carburante Tecnologia di Rochester «si producono
oltre 1.200 ceppi identificati, una delle necessario al fabbisogno annuale degli 1.500 km3 di acque reflue l’anno, e l’80%
collezioni più grandi d’Europa. «Le loro Usa, occorrerebbe destinare alla coltiva- non è trattato. Si possono coltivare le al-
proprietà sono ancora da scoprire» dice. zione di microalghe 4,2 milioni di ettari: ghe riducendo l’inquinamento».
quasi 2 volte l’Emilia-Romagna. «Ma il Il problema, però, è che le vasche di de-
OLIO VERDE. Una di queste è la capaci- problema vero è l’economicità» avverte purazione con alghe consumerebbe-
tà di produrre biocarburanti. Ma come?
Molte alghe immagazzinano sotto forma
d’olio l’energia catturata con la fotosinte- Ridanno la vista (ai topi)
si. Questi olii possono essere trasformati
in biocarburante attraverso la transeste- Un gene dell’alga Chlamydomonas, inserito nella retina di topi ciechi, ha
rificazione, cioè l’aggiunta di molecole restituito loro la possibilità di distinguere luci e ombre in 10 mesi: l’ha scoperto
d’alcol. Con una resa notevole: la Nanno- con un esperimento l’Università della California del Sud di Los Angeles.
chloropsis – un’alga di 2 micron di diame- L’efficacia sull’uomo è però ancora da verificare.
tro – è capace di accumulare lipidi fino
6 | Focus Settembre 2014
Tubi TRASPARENTI.
Colture d’alghe in reattori
tubolari alla F&M di Sesto
Fiorentino: sono trasparenti
per permettere la fotosintesi.
Riducono l’obesità
La fucoxantina, un carotenoide
presente nelle alghe marroni e nelle
diatomee, ha promettenti effetti
antiobesità: nei topi brucia gli acidi
grassi, trasformandoli in calore.
La sostanza ha anche proprietà
antiossidanti (per prevenire
Fotosintetica & Microbiologica
aterosclerosi, Parkinson,
Alzheimer), attività anticancro
e limita il fotoinvecchiamento
cutaneo, proteggendo dai raggi UV.
Anche la Nasa
scommette
ro molto territorio, e non è pensabile
bloccare il flusso d’acqua nei depuratori sulle alghe: vuole
per 6 giorni. Così negli Usa è nata l’idea carburanti
Courtesy Cesare Griffa
di convogliare le acque reflue in lunghi
tubi di plastica che galleggiano in mare. a basso costo
per le navicelle
Sono tubi osmotici: riempiti di acque re-
flue e alghe purificatrici, rilascerebbero
in mare l’acqua ripulita, accumulando
al loro interno alghe ricche di grassi. È il spaziali COLTIVAZIONI. Reattore per la
coltura d’alghe (Chlorella) su pareti
“progetto Omega”, ancora sperimentale, verticali: sarà usato all’Expo di Milano.
su cui ha investito 11 milioni di dollari la
Nasa, interessata a produrre biocarbu- serra) e uccide la pesca, portando negli ancora una volta, è l’economicità: i foto-
ranti a basso costo per le navette spaziali. oceani l’acqua inquinata dei fiumi» av- bioreattori consumano energia perché
verte Tredici. Ed è qui che possono venire si deve insufflare aria nei serbatoi (altri-
ORTI VERTICALI. In attesa che il sistema in soccorso le alghe: «Non hanno bisogno menti le alghe si depositano sul fondo e
sia testato, per coltivare le alghe oggi si di terreni fertili e di pesticidi. Si possono non ricevono luce) e vanno raffreddati,
punta sui fotobioreattori: pannelli, tubi o far crescere in acqua di mare o in acque per non “cuocere” le alghe. Ciò fa lievi-
serbatoi trasparenti, pieni d’acqua e nu- reflue, si possono installare bioreattori tare i costi: produrre alghe per consumo
trienti, dove le alghe sono coltivate senza persino nei deserti. E riducono l’inqui- alimentare costa 2-3 € al kg contro gli
rubare spazio alla terra. Alla Fotosinte- namento: consumano grandi quantità di 0,3-0,5 € del grano.
tica & Microbiologica, spin-off dell’U- CO2 (2 kg per ogni kg di biomassa prodot- Ma, rispetto alle colture tradizionali, le
niversità toscana a Sesto Fiorentino, ce ta) e danno ossigeno». alghe non hanno costi ecologici. Anzi,
ne sono vari modelli. Potrebbero essere fanno bene all’ambiente. Ma questo non
gli orti del futuro, dove coltivare alghe PROTEINE E VITAMINE. Ma davvero si è sufficiente per l’industria: «Per ridurre
alimentari su scala industriale. Con un possono mangiare le microalghe? Sulle i costi energetici alimentiamo i fotobio-
fotobioreattore di 10 m2 si può ottenere sponde del lago Ciad, il popolo Kanembu reattori coi pannelli fotovoltaici» dice
1 kg di biomassa secca in soli 5 giorni. sfrutta la massiccia fioritura (bloom) di Tredici. «E abbiamo scoperto che, eli-
«Oggi 2,8 miliardi di persone soffrono spirulina, che viene raccolta, setacciata e minando l’azoto dai nutrienti, le alghe
la fame o la malnutrizione. Nel 2050 sa- mangiata. Lo stesso avviene in altre zone producono il doppio di lipidi».
remo 9 miliardi. Occorre raddoppiare la del mondo. Le microalghe, infatti, sono Nel frattempo, qualche scienziato po-
produzione di cibo, ma oggi l’agricoltura ricche di proteine: si possono produrre trebbe scoprirne una nuova specie ad
è già al collasso: le superfici coltivabili 20 tonnellate di spirulina per ettaro l’an- alta produttività di olii. O magari la cree-
sono super sfruttate, e per trovarne di no, contro le 1,1 della soia; la Chlorella ha rà Venter, che 4 anni fa sintetizzò la pri-
nuove occorre ridurre le foreste. In più il 40% di lipidi (le uova il 9%). E conten- ma cellula artificiale: la prossima potreb-
l’elevato uso di fertilizzanti peggiora il gono amminoacidi essenziali e vitami- be essere un’alga.
clima (causa 1/3 delle emissioni di gas ne: sono alimenti completi. Il problema, Vito Tartamella
8 | Focus Settembre 2014
DOSSIER
Possiamo costruire
il Dna in laboratorio.
E assemblarlo per
Gli hacker
ottenere nuovi esseri
del Dna Farmaci
Vaccini
La biologia sintetica crea
nuove cellule per produrre ciò Biocarburanti
che vogliamo. Governeremo
l’evoluzione o ci travolgerà? Sensori
«M ia moglie è incinta. è un ma-
schio, lo chiameremo Gior-
gio. Non si ammalerà mai: al
suo embrione hanno som-
ministrato il Vaccino totale». «Cioè?».
bisogno?», domanda in Regenesis (Ba-
sic books) George Church, genetista ad
Harvard e uno dei pionieri nel settore.
«Siamo riusciti a manipolare la mate-
ria. E alla fine potremo alterare il nostro
FABBRICA
IN MINIATURA.
Un batterio con il
Dna modificato:
l’inserimento di
nuovi geni serve a
Piante
«Gli hanno iniettato un Dna ingegneriz- stesso corredo genetico. Potremo gover- dare le funzioni
desiderate per
zato, che lo rende immune a tutti i virus nare noi stessi l’evoluzione invece che
produrre sostanze
noti e futuri. E abbiamo fatto potenziare i affidarla ai processi ciechi e opportuni- chimiche.
geni dell’intelligenza: costa un botto, ma stici della selezione naturale. Possiamo
vogliamo che si laurei». reinventare la natura in corso d’opera».
Daniele Gay
Nei prossimi anni un dialogo come que-
sto potrebbe diventare realtà. Già oggi A due facce. Così si aprono grandi op-
possiamo costruire virus da zero in la- portunità economiche: la BccResearch
boratorio, creare batteri con un Dna mai prevede che entro il 2021 il mercato glo-
esistito, e perfino far rinascere un anima- bale della biologia sintetica salirà a 11,4 LE GRANDI TAPPE DELLA BIOLOGIA SINTETICA
le estinto: è avvenuto, seppure per pochi miliardi di dollari, 3 volte quello del 2016.
minuti, con lo stambecco iberico. La I campi più promettenti? Biocarburan- • 2002: la Stony Brook University (Usa) costruisce lo Xna, un codice genetico in
prossima tappa potrebbe essere il mam- ti e prodotti farmaceutici. I veri mostri sintetizza in laboratorio il virus della cui, al posto del desossiribosio, ci sono
mut o l’uomo di Neanderthal. di Frankenstein, dunque, non saranno poliomielite (7.741 coppie di basi). altri 6 zuccheri sintetici. Funziona: la
omaccioni nerboruti ma organismi ar- • 2003: Venter sintetizza il Dna del vita può servirsi non solo di Rna e Dna
BALENE. Dopo il secolo della chimica tificiali microscopici. E, proprio come lo sviluppo di conseguenze dannose e in- proteine, essenziali per far funzionare le virus phi X 174 (5.386 coppie di basi). ma anche di molecole alternative.
(1800) e quello della fisica (1900), siamo la creatura di Frankenstein, potrebbe- volontarie sulla salute o sull’ambiente». cellule. Così le 4 basi azotate del Dna – • 2006: Venter crea un batterio • 2014: l’Università di New York
entrati infatti in quello della biologia. ro sfuggirci di mano: potremmo fare un Più che una nuova scienza, comunque, adenina, guanina, citosina e timina – si controllato da un Dna sintetico, il Syn sintetizza uno dei 16 cromosomi del
Non più quella descrittiva, che studia gli salto evolutivo, o distruggere gli equilibri la biologia sintetica è una nuova tecno- possono tradurre nel linguaggio digitale 1.0. è ottenuto privando il Mycoplasma lievito di birra (Saccharomyces
esseri viventi, ma quella sintetica: quella del pianeta. «La biologia sintetica ci pro- logia: l’unione fra la biologia, l’ingegne- (basato su 0 e 1). E, viceversa: si possono mycoides dei geni che lo rendono cerevisiae): 13 milioni di coppie di basi.
che può creare nuovi organismi, capaci ietta in un futuro incerto», osserva Joy ria, la chimica, la nanotecnologia e l’in- codificare i file nel Dna: tutti i dati che l’u- virulento: 580mila coppie di basi. • 2016: Venter riduce il genoma del Syn
di interagire con l’ambiente e riprodursi. Zhang, sociologa all’Università del Kent formatica, che ha reso possibile leggere e manità crea in un anno starebbero in 4 • 2010: Venter sintetizza il Dna del 1.0 a 531mila coppie di basi: è il Syn 3.0,
E, soprattutto, di fare ciò che vogliamo: (Uk). «Non stiamo solo modificando gli assemblare le grandi moli di dati del Dna. grammi di Dna. E durerebbero millenni. Mycoplasma mycoides (1.078.809 l’organismo col genoma minimo per la
«I microrganismi, guidati dal loro Dna organismi naturali, ma anche costruen- Che viene manipolato e riprogrammato Proprio come nell’informatica, anche in coppie di basi) e lo trapianta in una vita. Parte il progetto GP-write: vuole
naturale, hanno prodotto elefanti, ba- do nuove forme di vita. E non si può come un software: il software della vita. biologia si possono comprare elementi cellula di Mycoplasma capricolum. sintetizzare entro 10 anni il genoma
lene, dinosauri. Perché non potrebbero prevedere come si comporteranno. Ci fa Il Dna, infatti, è informazione: contiene sfusi da comporre a piacimento: il regi- • 2012: il Medical Research Council umano (3,2 miliardi di coppie di basi).
produrre qualsiasi cosa di cui abbiamo paura il bioterrore, ma anche il bioerrore: le istruzioni per assemblare Rna e quindi stro delle componenti biologiche (Re-
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DOSSIER
COMPONENTI GELATI.
A destra, i bio-mattoni da
assemblare. Sotto, la cellula
Syn 3.0 creata da Venter.
Tom Deerinck and Mark Ellisman of the National Center for Imaging and
Microscopy Research at the University of California at San Diego
Science Photo Library
CIao,
Le cellule hanno una chimica
mondo.
Una scritta
ottenuta con
molto complessa. Ma a basso
University of Texas at Austin
batteri di E.
coli. Il trucco?
Nel loro Dna è
consumo e senza inquinare
Aaron Chevalier,
inserito quello
di cianobatteri
luminescenti.
gistry of Standard Biological Parts), isti- capaci di una chimica così complessa che lo scenario è cambiato. «A Pasqua 2013,
tuito nel 2003 al Mit di Boston, oggi ha gli scienziati possono solo invidiarla. E lo si diffuse l’allarme su un nuovo ceppo
già 20mila pezzi fra Dna, Rna, plasmidi, fanno a temperatura ambiente, a basso del virus dell’influenza, H7N9», ricorda
recettori. Sono i biobrick, i biomattoni, consumo energetico e senza inquinare. Enrica Battifoglia nel libro Vita sintetica
pronti a essere assemblati con un lin- Non hanno eguali: il modo migliore per (Hoepli). «I cinesi pubblicarono online
guaggio di programmazione vivente, il riparare la vita è la vita stessa», risponde le sequenze delle proteine del virus. Già
Synthetic biology open language (Sbol). Kevin Esvelt, biologo al Mit. «Un aereo è il lunedì dell’Angelo, Venter riuscì a sin-
Ma come si riesce a manipolare la vita? In fatto di 50mila parti differenti. Una cel- tetizzarne in laboratorio il Dna, e sabato,
due modi: dall’alto al basso (top-down), lula di lievito ha 5mila geni che fabbrica- dopo soli 5 giorni, c’era tutto il necessario
cioè partendo da un microrganismo esi- no 10 milioni di proteine», aggiunge Car- per fare il vaccino contro il nuovo cep-
stente (un batterio), da cui si elimina il lo Alberto Redi, biologo all’Università di po». Insomma, il teletrasporto biologico
materiale genetico non necessario e lo si Pavia e autore di Le sfide della biologia di Star Trek esiste già: basta sequenziare
sostituisce con altro Dna. Oppure, vice- sintetica e la fine del naturale (Ibis). «Con un virus, inviare la sua mappa genetica
versa dal basso all’alto (bottom-up), as- le tecnologie disponibili oggi, e le grandi on line e qualunque laboratorio può ri-
semblando moduli biologici già pronti. capacità di calcolo dei computer, il Dna crearlo. «La vita digitalizzata si muove
Insomma, nessuno crea la vita da zero, si può modificare e sintetizzare a piaci- alla velocità della luce», sottolinea Ven-
anche perché – a dire il vero – la scienza mento. L’unico limite è la fantasia degli ter. «E questo aiuterà le missioni spa-
non sa bene cosa sia la vita. Del resto, dice scienziati». ziali: se andremo su Marte e troveremo
l’altro pioniere della bio sintesi, Craig forme di vita, non bisognerà più isolarle
Venter, nel libro Il disegno della vita VACCINI VELOCI. Quali scenari si aprono e spedirle sulla Terra con mille cautele.
(Rizzoli), «quando cuciniamo “da zero” con la biologia sintetica? Le applicazio- Basterà usare un sequenziatore di Dna,
una torta, misceliamo farina, zucchero, ni più vicine sono in campo sanitario, in analizzarle, e spedirne la sequenza ge-
uova: nessuno la fa sintetizzando carbo- particolare la preparazione di vaccini. netica a Terra. Oppure, se un astronauta
nio, idrogeno, ossigeno e altri elementi». Fino a pochi anni fa, per creare un nuo- sta male, basterà inviare la sequenza di
vo vaccino contro un virus mutato, biso- un farmaco e sintetizzarlo su Marte».
ECOLOGICI. Perché manipolare la vita? gnava isolarlo, inviarlo a un laboratorio,
Quale vantaggio c’è, a fronte di rischi e co- ricavarne la sequenza, coltivarlo in em- PIANTE LUMINOSE. E gli scienziati pen-
sti elevati? Il primo organismo artificiale brioni di pollo e trovarne i punti deboli sano ancora più in grande: riprogramma-
creato da Venter, il Syn 1.0, è costato 40 nel Dna. Un processo che richiedeva un re i microrganismi per risolvere i grandi
milioni di dollari e oltre 10 anni di lavoro paio di mesi, durante i quali, però, chi problemi della nostra epoca. L’inquina-
di 20 ricercatori. «I microrganismi sono era infattato rischiava la morte. Ma oggi mento, creando batteri capaci di con-
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Se si uniscono pezzi
The New York Time/Contrasto
già noti, il risultato
può avere proprietà
inedite. E pericolose
vantaggi che offre», risponde Church.
«Meglio regolamentarla e puntare sulla
prevenzione. I produttori devono va-
gliare le richieste di Dna sintetico per
verificare se servano a costruire agenti
infettivi. E bisogna dotare gli organismi
sintetici di una stringa che li renda di-
stinguibili da quelli naturali. E di mecca-
nismi di autodistruzione: inserire geni
suicidi che si attivino quando raggiungo-
ALGHE.
Craig Venter
no un’alta densità numerica o se vengono
davanti a a contatto con una data molecola».
bioreattori pieni Ingegnerizzando le nostre cellule diven-
di alghe: teremo una nuova specie potenziata:
modificandone
non è rischioso? «Gli uomini potenziati
il Dna potranno
produrre cibo e esistono già oggi», risponde Church. «Ci
carburanti a sono persone con un Dna che dà loro una
basso costo. grande memoria o resistenza alle malat-
tie. E ricordiamoci che quando si conce-
pisce un bambino si creano sequenze di
vertire la CO2 in idrogeno, elettricità o altre specie vegetali? O diminuiranno, Dna che non erano mai esistite sulla Ter-
metano. La fame di energia e di cibo, con lasciando così senza cibo gli animali abi- ra. Il vero punto è chiedersi se creare una
alghe modificate per produrre biocom- tuati a nutrirsene? E potrebbero esserci razza di transumani rischi di produrre
bustibili o proteine vegetali in quantità, e ripercussioni economiche: se si riesce a malattie gravi e sconosciute».
piante ingegnerizzate per resistere ai pa- sintetizzare in laboratorio lo zafferano,
rassiti e alla siccità. Il progetto “Glowing ipotizza un report della Commissione élite umana? Ma trafficare coi geni
plant” si propone di inserire i geni di europea, decine di migliaia di contadini aprirà dilemmi inediti, avverte Yuval Ha-
alghe o di meduse in alcune piante per perderebbero il lavoro. Senza contare il rari, docente di Storia all’Università di
renderle luminescenti: potrebbero so- rischio che qualcuno crei armi biologi- Gerusalemme e autore di Da animali a
stituire i lampioni nelle città. che, ben più pericolose di quelle nucleari dèi (Bompiani): «Una società di assicura-
dato che i microorganismi si replicano e zioni avrebbe titolo di chiedere la mappa
SOGNI E INCUBi. Ma le applicazioni più mutano in modo incontrollato. del vostro Dna e di alzare il premio se
affascinanti riguardano l’uomo. Si po- Come evitare questi scenari da incubo? scopre una tendenza genetica al compor-
trebbero sintetizzare nuovi batteriofagi «Una proibizione totale sarebbe irrea- tamento sconsiderato? Un Dna migliore
capaci di neutralizzare i batteri divenuti le: la ricerca è avviata e nessuno la può potrebbe favorire sul lavoro un candida-
resistenti agli antibiotici. Creare cellule fermare, diventerebbe solo clandestina. to invece di un altro? E se un Dna umano
staminali personalizzate per rigenerare E sarebbe un danno rinunciare a tutti i sintetico, che rende le persone più intel-
un corpo vecchio, malato o ferito. Ren- ligenti, forti o immuni alle malattie, fosse
dere gli uomini immuni a tutti i virus. brevettato, sarebbe accessibile solo a chi
Produrre biosensori capaci di rilevare e
curare infezioni o tumori nel corpo. Do- I nuovi Ogm ha i soldi per permetterselo? Tutti gli
umani avrebbero titolo all’accrescimen-
avranno geni
tare gli uomini di branchie per respirare to di tali capacità o ci sarebbe forse una
sott’acqua o rendere gli astronauti capaci nuova élite superumana? Non possiamo
suicidi da
di resistere alle radiazioni cosmiche... fermare questo progresso. La sola cosa
Ma craccare il software della vita, te- che possiamo tentare di fare è di influen-
mono in molti, potrebbe aprire il vaso zare la direzione che stiamo prendendo.
di Pandora. I nuovi microrganismi po-
trebbero rivelarsi tossici. Crescere in attivare in Dato che presto potremmo essere in gra-
do di progettare anche i nostri desideri,
caso di rischi
modo incontrollato. E compromettere forse la vera questione che ci troviamo di
gli equilibri naturali: cosa faranno i pa- fronte non è “Cosa vogliamo diventare?”
rassiti che non potranno più mangiare le ma “Cosa vogliamo volere?”».
piante col Dna rinforzato? Aggrediranno Vito Tartamella
94 | Focus Luglio 2017Puoi anche leggere
