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Se la cellula ragiona come un computer

Credit: Wyss Institute at Harvard University

Usando RNA, è possibile inserire nelle cellule

batteriche porte logiche di dimensioni nanoscopiche,

il cui funzionamento è analogo a quello degli

elementi di base dei circuiti elettronici per computer(red)

biologiacomputer science

Produzione di farmaci, sostanze chimiche e

biocombustibili: sono questi i compiti delle

cellule microbiche ingegnerizzate in modo da

inglobare circuiti biologici che possono rilevare

input ambientali diversi, dalla presenza di tossine

ai segnali infiammatori.

Per questa manipolazione delle cellule in

laboratorio c'è ora una nuova frontiera:

l'impiego dell'RNA - una molecola biologica

fondamentale, coinvolta in numerosi meccanismi

che permettono di tradurre le informazioni

genetiche contenute nel DNA in proteine -

come un vero e proprio circuito logico.

Lo dimostra un articolo pubblicato su "Nature" 

da un gruppo di ricerca della Harvard University.

Gli scienziati hanno integrato nella cellula di Escheria coli,

uno dei batteri più comuni, un dispositivo a RNA

che può svolgere le operazioni logiche necessarie

per regolare in modo accurato l'espressione di

una proteina fluorescente quando incontra un

determinato profilo di stimoli interni alla cellula.

Credit: Wyss Institute at Harvard University"

Abbiamo dimostrato che la molecola di RNA può

essere ingegnerizzata per produrre un dispositivo

per il 'ribo-calcolo', il calcolo basato sull'acido

ribonucleico", ha spiegato Peng Yin, coautore

dell'articolo.

"Questo risultato si trova all'interfaccia tra nano-

tecnologia e biologia sintetica, e ci permetterà di

progettare circuiti biologici sintetici più affidabili e

più sensibili alle influenze del loro ambiente,

rilevanti per specifici obiettivi".

Nel 2014, il gruppo di Yin aveva sviluppato un

dispositivo chiamato interruttore "a forcina".

Si trattava di una struttura a RNA, la cui forma

ricorda quella di una forcina per capelli, che può

controllare la produzione di una specifica proteina;

quando un'altra molecola di RNA - che può essere

parte del repertorio naturale di RNA della cellula e

ha la funzione di innesco - si lega all'interruttore

a forcina, quest'ultimo si apre.

Solo in quel momento i ribosomi, gli organelli

cellulari deputati alla traduzione delle informazioni

in proteine, hanno accesso all'RNA forcina e

producono la proteina desiderata.

Sulla base di questi risultati, gli autori hanno ideato

un metodo per sfruttare gli interruttori a forcina e le

molecole di RNA per codificare alcune operazioni

logiche principali - AND, OR e NOT - su cui si basa

l'elaborazione automatica delle informazioni dei

computer, integrandole in una molecola che è in

tutto e per tutto una porta logica a RNA.

"Usando in una cellula batterica due di queste

porte logiche a RNA tra loro indipendenti, che

esprimono differenti proteine fluorescenti, abbiamo

aperto le porte alla realizzazione di biosensori

basati su cellule intere", ha concluso Jongmin Kim,

coautore dello studio. "Inoltre crediamo che con

più sperimentazioni questi risultati si possano

facilmente applicare a microrganismi diversi tra

di loro".