La prima forma di vita sintetica progettata con il supporto dell’intelligenza artificiale è diventata realtà. Un team di scienziati di Columbia University, MIT e Harvard è riuscito a creare un ceppo di Escherichia coli in grado di sopravvivere utilizzando solo 19 dei 20 aminoacidi che fino a oggi venivano considerati universalmente essenziali per qualsiasi organismo vivente. Il risultato, pubblicato sulla rivista Science, rappresenta qualcosa di davvero significativo per la biologia sintetica e riapre interrogativi profondi sull’origine stessa della vita. Non è un dettaglio da poco, anche dal punto di vista economico: il mercato globale della biologia sintetica, spinto soprattutto dalla farmaceutica e dalle biotecnologie industriali, potrebbe superare i 70 miliardi di euro entro la fine del decennio.
Ma come si arriva a un risultato del genere? L’aminoacido eliminato è l’isoleucina, una molecola idrofobica che gioca un ruolo importante nella stabilità strutturale di molte proteine cellulari. I ricercatori hanno scelto E. coli per un motivo pratico: è uno degli organismi più facili da manipolare in laboratorio. Il lavoro si è concentrato sulle proteine ribosomiali, cioè quelle che governano la produzione di tutte le altre proteine. In totale ne sono state riprogettate 21, sostituendo l’isoleucina con valina o leucina, molecole chimicamente simili ma non identiche.
Ed è qui che entra in gioco l’intelligenza artificiale, con un ruolo tutt’altro che marginale. Algoritmi di protein engineering predittivo hanno simulato migliaia di configurazioni possibili, valutando la stabilità e la probabilità di collasso funzionale prima ancora di toccare qualsiasi cosa in laboratorio. Tecniche che derivano dai modelli di folding proteico sviluppati da piattaforme come AlphaFold. Senza questo supporto computazionale, il progetto avrebbe richiesto tempistiche semplicemente impraticabili per una sperimentazione concreta. Va detto, comunque, che il ceppo ottenuto continua a utilizzare l’isoleucina in altre regioni del genoma: per questo gli stessi autori parlano di organismo sintetico a 19 aminoacidi, non ancora di una forma di vita completamente indipendente da quella molecola.
Dalle origini della vita alle applicazioni industriali, passando per i limiti ancora aperti
Questa scoperta offre un supporto sperimentale concreto a un’ipotesi che circola da tempo in biologia evolutiva: le prime forme di vita sulla Terra potrebbero aver funzionato con un repertorio biochimico più ridotto rispetto a quello attuale, ampliato poi nel corso di miliardi di anni per raggiungere una maggiore efficienza metabolica. La cosa interessa anche l’astrobiologia, perché eventuali organismi extraterrestri potrebbero sfruttare combinazioni aminoacidiche diverse da quelle che conosciamo.
Sul piano delle applicazioni, i microrganismi con un codice genetico ridotto risultano più controllabili e meno compatibili con l’ambiente naturale. Una caratteristica che conta molto per la biosicurezza e per il settore farmaceutico. Batteri sintetici di questo tipo potrebbero produrre enzimi industriali, farmaci complessi o biomateriali difficili da ottenere per vie naturali. Alcuni ricercatori ipotizzano perfino la possibilità di creare cellule resistenti ai virus convenzionali, proprio grazie a un codice genetico incompatibile con quello standard.
I limiti però ci sono, e sarebbe poco serio non menzionarli. Ridurre il numero di aminoacidi disponibili può compromettere la flessibilità evolutiva e la stabilità metabolica dell’organismo. La costruzione di organismi geneticamente isolati richiede sistemi rigorosi di contenimento biologico. E il traguardo di una cellula completamente indipendente dal ventesimo aminoacido richiederà ulteriori modifiche, probabilmente anche nuove architetture cellulari. Il ceppo di Escherichia coli creato da questo gruppo di ricerca segna comunque un punto di non ritorno per la biologia contemporanea.