Struttura artificiale dell'RNA (Canva) - systemscue.it
Secondo le ultime scoperte scientifiche, con l’RNA messaggero è possibile creare una struttura cellulare artificiale.
La biologia sintetica, mira a creare cellule viventi a partire da componenti non viventi. E uno degli obiettivi chiave è proprio quello di replicare le strutture e le funzioni delle cellule naturali, come la sintesi proteica, e la formazione di strutture cellulari complesse. Tanto che gli scienziati del centro di Biologia Molecolare, dell’Università di Heidelberg, guidati dalla professoressa Kerstin Göpfrich, hanno di recente compiuto un passo importante, in questa direzione, utilizzando una nuova tecnica chiamata origami dell’RNA. Tecnica la quale consente, nello specifico, di creare strutture di RNA auto-pieganti, simili a un cito-scheletro cellulare (senza la necessità di proteine).
Nelle cellule naturali, la sintesi proteica è regolata dal cosiddetto dogma centrale della biologia molecolare. Processo in cui il DNA vien trascritto in RNA messaggero (mRNA), poi tradotto in proteine funzionali. Proteine in grado di piegarsi in strutture tridimensionali specifiche, fondamentali per il corretto funzionamento cellulare. D’altronde, la sintesi proteica è estremamente complessa, e coinvolge oltre 150 geni: e replicare questo meccanismo in una cellula sintetica, si rivela sempre una sfida enorme, per la biologia sintetica.
La professoressa Göpfrich, dunque, ha sviluppato un approccio alternativo alla sintesi proteica, basato sull’origami dell’RNA. Per cui, invece di tradurre il DNA in proteine, le informazioni genetiche vengono utilizzate direttamente per creare strutture di RNA auto-pieganti. Il processo, inizia con la progettazione di una sequenza di DNA tramite software, il quale definisce la forma desiderata per l’RNA; successivamente, la RNA polimerasi trascrive il DNA in RNA, che si ripiega automaticamente grazie a motivi specifici, progettati nel modello genetico.
Dunque, utilizzando la tecnica dell’origami dell’RNA, il team di Heidelberg è riuscito a creare microtubi di RNA, formanti una rete strutturale simile a un cito-scheletro naturale. Quest’ultimo, essenziale per la stabilità, la forma e la mobilità delle cellule. I microtubi artificiali, lunghi solo pochi micron, son stati testati all’interno di vescicole lipidiche, modelli semplificati di membrane cellulari. Struttura rappresentante quindi un importante passo verso la costruzione di cellule sintetiche completamente funzionali.
Un risultato chiave, della ricerca, è stata la capacità di controllare le proprietà del cito-scheletro di RNA, attraverso mutazioni mirate nel modello genetico. Per cui, gli scienziati hanno utilizzato aptameri di RNA, con i quali ancorare il cito-scheletro alle membrane cellulari: la cui capacità di manipolare la struttura dell’RNA, offre un alto grado di flessibilità nella progettazione di cellule artificiali, consentendo di adattarle a diverse condizioni ambientali e funzionali.
A differenza dell’origami del DNA, l’origami dell’RNA offre un vantaggio significativo: ovvero, le cellule sintetiche possono produrre autonomamente i loro elementi costitutivi. Andando a significare che una cellula artificiale basata sull’RNA, potrebbe evolversi e adattarsi alle condizioni ambientali in modo simile alle cellule naturali. E secondo la professoressa Göpfrich, questa caratteristica apre nuove prospettive per lo sviluppo di cellule sintetiche, in grado di replicare i processi biologici complessi, delle cellule viventi.
L’obiettivo al lungo termine della ricerca è sviluppare un macchinario molecolare completo, basato sull’RNA per le cellule sintetiche. E se le cellule artificiali saranno in grado di produrre le proprie strutture interne, tramite origami dell’RNA, potrebbero esser utilizzate in numerosi campi (dalla biomedicina alla bioingegneria). Come per la produzione di farmaci, o la riparazione di tessuti danneggiati.
La ricerca è stata anche supportata da una sovvenzione iniziale dell’European Research Council (ERC), finanziata da istituzioni come il Ministero federale dell’istruzione e della ricerca tedesco, e il Premio “Alfried Krupp”. I risultati dello studio, son stati pubblicati sulla prestigiosa rivista “Nature Nanotechnology”, sottolineando, così, importanza e innovazione di questa ricerca, nel campo della biologia sintetica.