Stampanti 3D di DNA da Berkeley un nuovo modo di creare sequenze di DNA più veloce ed economico

Gli scienziati dell’Università della California a Berkeley (UC Berkeley) hanno inventato un nuovo modo di creare sequenze di DNA su richiesta che promette di essere più veloce ed economico. Non richiede l’uso di sostanze chimiche tossiche ed è più accurato della normale tecnica di sintesi del DNA utilizzata finora nei laboratori di tutto il mondo. Il nuovo metodo potrebbe sintetizzare i geni “da un giorno all’altro”: potrebbe produrre filamenti di DNA dieci volte più lunghi di quelli fabbricati artificialmente. Gli scienziati hanno detto che potrebbe portare a “stampanti 3D DNA” in laboratori di ricerca che funzionano come le stampanti 3D in molti laboratori moderni.

“Se sei un ingegnere meccanico, è davvero bello avere una stampante 3D nel tuo negozio che può stampare una parte durante la notte in modo da poterla testare il mattino successivo”, ha dichiarato il dottor UC Arlow, studente dell’Università di Berkeley. “Se sei un ricercatore o bioingegnere e hai uno strumento che semplifica la sintesi del DNA, una ‘stampante per DNA’, puoi testare le tue idee più velocemente e provare nuove idee”.

Sintetizzare il DNA è un business in crescita poiché le aziende ordinano geni su misura in modo che possano produrre farmaci biologici, enzimi industriali o sostanze chimiche utili in tini di microbi. I laboratori di tutto il mondo acquistano geni sintetici da inserire in piante o animali o provano nuove terapie per malattie basate su CRISPR. Alcuni scienziati hanno persino proposto di immagazzinare informazioni nel DNA, dal momento che un grammo di DNA potrebbe teoricamente memorizzare l’equivalente di 50 milioni di DVD e dovrebbe essere stabile per secoli. Tuttavia, ciò significherebbe sintetizzare quantità immensamente più grandi di filamenti di DNA rispetto a quelle utilizzate oggi nell’industria biotech.

Tuttavia, l’attuale sintesi del DNA utilizza una tecnologia sviluppata nel 1981 e basata su metodologie di chimica organica per produrre lunghi cosiddetti oligonucleotidi di circa 200 basi, poiché inevitabili errori nel processo portano ad una bassa resa di sequenze corrette all’aumentare della lunghezza. Per assemblare anche un piccolo gene, gli scienziati devono sintetizzarlo frammentariamente, in segmenti di circa 200 basi, e poi unirli insieme. Questa tecnica richiede molto tempo, è molto costosa e non del tutto precisa.

 

Il nuovo metodo “DNA 3D printer” si basa su un enzima sintetizzatore del DNA e TdT (terminale deossinucleotidil transferasi) presente nelle cellule del sistema immunitario che ha naturalmente la capacità di aggiungere nucleotidi a una molecola di DNA esistente in acqua, dove il DNA è più stabile. A differenza degli altri enzimi, TdT non si basa su un modello di DNA esistente per copiarlo. Invece, aggiunge casualmente nucleotidi a geni che producono anticorpi per l’uso nel sistema immunitario.

TdT funziona altrettanto bene aggiungendo tutti e quattro i nucleotidi del DNA, non ha reazioni collaterali che potrebbero rovinare la molecola risultante, ed è molto veloce, estendendo il DNA di circa 200 basi al minuto se lo lasciate libero, ha detto il collega di Arlow, Sebastian Palluk , uno studente di dottorato presso la Technische Universität Darmstadt in Germania e uno studente in visita al Berkeley Lab.

Infatti, nei loro primi studi, i ricercatori di Berkeley hanno dimostrato che la loro tecnica più veloce e più semplice è quasi altrettanto accurata in ogni fase della sintesi come le tecniche attuali.

“Quando abbiamo analizzato i prodotti utilizzando NGS, siamo stati in grado di determinare che circa l’80% delle molecole aveva la sequenza di 10 basi desiderata”, ha affermato Arlow. “Ciò significa che, in media, il rendimento di ogni fase è stato di circa il 98 percento, il che non è poi male per un primo tentativo in questo problema di oltre 50 anni. Vogliamo arrivare al 99,9 percento per creare lunghezza del DNA. ”

Una volta raggiunta la fedeltà del 99,9 per cento, possono sintetizzare una molecola lunga 1.000 basi in una volta, con una resa superiore al 35 per cento, il che è completamente impossibile con le attuali tecniche di sintesi chimica, ha affermato Palluk.

Questo nuovo metodo è progettato per accelerare la ricerca in più campi, per rendere più facile per i bioingegneri capire più rapidamente come produrre prodotti utili per la biomedicina. Potrebbe essere un passo avanti nello sviluppo della biologia sintetica, una branca che indaga la creazione di microrganismi artificiali per scopi pratici.

 

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