bioeconomia

Biologia sintetica: cos’è e come ci migliorerà la vita con le cure personalizzate

Il sequenziamento genico e la biologia programmabile sono in prospettiva una dei campi più innovativi e potenzialmente profittevoli della bioeconomia che costituirà uno dei settori trainanti delle economie del prossimo decennio. Prospettive economiche e di cura

15 Mar 2022
Domenico Marino

Università Degli Studi Mediterranea di Reggio Calabria

dna-leak

La pandemia da Covid 19 ha fatto conoscere anche ai non addetti ai lavori la tecnologia di sequenziamento genomico. Da esso si può infatti partire per cure personalizzate che permetterebbero di dare alla persona giusta il farmaco giusto alla giusta dose, per arrivare a un enorme risparmio per il sistema sanitario e anche a una maggiore efficacia della cura con minori effetti collaterali.

La tecnologia oggi ha enormi potenzialità in questo campo, fino a parlare di biologia sintetica. Ma quali sono le prospettive economiche, commerciali e di cura?

Sequenza del genoma, perché è così importante

Il genoma è l’insieme completo dei geni di un organismo. Questi geni contengono le istruzioni su come produrre le proteine che sono le molecole che svolgono tutte le varie funzioni che mantengono vitali di un organismo e che intervengono in tutti i processi a partire dalla costruzione delle sue cellule fino alla gestione delle reazioni chimiche che producono energia. I geni sono costituiti da lunghi filamenti di DNA e il sequenziamento genomico consiste nel determinare l’ordine in cui appaiono le molecole che compongono genoma. Queste molecole sono cose conosciute come acidi nucleici. Sono simili a mattoncini e sono di quattro tipologie diverse: adenina, guanina, citosina e timina. L’intero genoma è composto da questi quattro mattoncini e le loro diverse combinazioni determinano come vengono create le proteine nel vostro corpo. La sequenza del genoma è il set di istruzioni per ogni forma di vita.

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Questa tecnologia è stata fondamentale per comprendere il comportamento del Sars Cov 2 coronavirus e per identificare tutte le sue numerose varianti. Una delle primissime cose, infatti che si fa quando si trovano nuove varianti è studiare il genoma e cercare di capire partendo da questo come sarà e come si comporterà il virus.

Sequenziamento genomico: un potenziale di crescita enorme

Dopo decenni in cui il sequenziamento genomico è stato confinato entro gli angusti limiti dei laboratori di ricerca, queste tecnologie stanno rapidamente diventando mature e pronte per applicazioni commerciali. Il potenziale di crescita commerciale di queste tecnologie è enorme e il business che sono in grado di suscitare è dell’ordine dei K miliardi di $. La tecnologia di sequenziamento genomico è oggi in grado di migliorare il nostro approccio a molte malattie e perfino a migliorare la speranza di vita degli individui.

Il sequenziamento dell’intero genoma può aiutarci a capire meglio quelle malattie che sono causate dal cattivo funzionamento di più geni diversi. Inoltre, la profilazione genetica è uno dei migliori strumenti che conosciamo per fare sia prevenzione, sia cure mirate o su misura.

Fino a pochi anni fa la sintetizzazione del DNA era una procedura estremamente complessa. Oggi, addirittura sul web, è possibile quotare e ordinare delle sequenze di DNA artificiale che ci possono essere consegnate a domicilio. Twist Bioscence è l’impresa che offre questi servizi e che sul suo sito dichiara di essere un’impresa che rafforza la nuova bioeconomia. Ad esempio, un gene sintetico con 900 coppie di basi di lunghezza media pari a 0.9 kb può essere acquistato al modico prezzo di 63$.

Il sequenziamento di nuova generazione

Il sequenziamento di nuova generazione è stato portato avanti da Fred Sanger e nel Progetto Internazionale Genoma Umano che, vent’anni fa, ha determinato la primissima sequenza di un genoma umano. Il costo di questo primissimo genoma è stato dell’ordine di un miliardo di dollari e questo progetto ha richiesto circa dieci anni. Oggi il costo del sequenziamento si è ridotto immensamente.

I sistemi che usano tecnologie avanzate di sequenziamento riescono a sequenziano un genoma umano in un mese e il costo di sequenziamento di un genoma è sceso al di sotto dei 1.000 dollari e ci sono tutte le condizioni per far rapidamente scendere sia i tempi, sia i costi. Questo grazie ai nuovi metodi di sequenziamento veloce che organizzano miliardi di sequenza diverse su una superficie per poi sequenziarle tutte contemporaneamente in parallelo. Così facendo si ottiene un enorme vantaggio in termini di velocità, capacità, e costi.

Questo grazie ai nuovi metodi di sequenziamento veloce che organizzano miliardi di sequenza diverse su una superficie per poi sequenziarle tutte contemporaneamente in parallelo. Così facendo si ottiene un enorme vantaggio in termini di velocità, capacità, e costi.

Ciò ha reso possibile ed accessibile a tutti la medicina personalizzata, ossia un “approccio globale alla prevenzione, alla diagnosi, alla cura e al monitoraggio delle malattie basato sulle caratteristiche, genetiche e non solo, di una persona”.

L’idea che sta alla base di questo approccio è che si crei un’interazione fra genoma ed ambiente esterno che è in grado di influenzare in maniera significativa il manifestarsi e l’evoluzione di patologie complesse. Pertanto, la conoscenza approfondita del genoma può permettere lo sviluppo di strategie di cura più efficienti ed efficaci.

Il sequenziamento dell’intero genoma può, ad esempio, aiutarci a capire meglio quelle malattie che sono causate dal cattivo funzionamento di più geni diversi. Inoltre, la profilazione genetica è uno dei migliori strumenti che conosciamo per fare sia prevenzione, sia cure mirate o su misura. Dalle cure personalizzate che consistono nel dare alla persona giusta il farmaco giusto alla giusta dose può derivare un enorme risparmio per il sistema sanitario ed anche una maggiore efficacia della cura con minori effetti collaterali.

Per fare questo bisogna avere un set molto approfondito di dati che riguardano:

  • l’analisi dell’insieme di geni;
  • l’analisi dell’insieme delle molecole intermedie tra gene e proteina;
  • l’analisi dell’insieme delle proteine;
  • l’analisi dei prodotti intermedi dei vari processi cellulari.

La medicina personalizzata viene oggi già applicata nelle cure oncologia. Infatti, dal sequenziamento genico si possono ottenere delle terapie mirate e personalizzate.

Ad esempio, l’imatinib è un farmaco stato utilizzato nel trattamento di alcune leucemie che sono caratterizzate da una anomalia genetica chiamata cromosoma Philadelphia che è costituita dalla dallo scambio di materiale genetico fra il cromosoma 9 e 22, mentre il trastuzumab viene utilizzato per alcuni tumori al seno HER2 positivo.

Ovviamente non sempre basta l’identificazione di bersagli molecolari per individuare farmaci intelligenti e spesso la medicina personalizzata va incontro ad insuccessi che però sono legati alla non completa conoscenza dei meccanismi che stanno alla base della malattia.

La biologia sintetica

Come conseguenza di questi studi e di queste innovazioni oggi è possibile parlare di biologia sintetica che è costituita da un approccio multidisciplinare che mette insieme, chimica, biofisica, biologia e ingegneria. L’idea che sta alla base è quella di utilizzare e imitare le strutture metaboliche degli organismi viventi più semplici per costruire circuiti sintetici. L’obiettivo è sicuramente molto ambizioso ed è quello di creare in maniera artificiale dei circuiti organici sintetici che possano avere tutti i vantaggi in termini, ad esempio, di resilienza e di autoregolazione che hanno gli organismi viventi.

Le applicazioni della biologia programmabili sono, quindi, già oggi, facilmente realizzabili, a costi estremamente contenuti, perché una volta ricevute le sequenze di DNA sintetico, queste possono essere inserite nelle cellule per ottenere le molecole bersaglio che il DNA è codificato per produrre. E si possono produrre molecole di ogni tipo: molecole per farmaci, molecole per fragranze di profumi, molecole base per prodotti alimentari, fertilizzanti e derivati dei prodotti petroliferi. Anche i vaccini che sono stati prodotti in risposta alla pandemia hanno a monte la produzione sintetica della proteina spike del Sars Cov 2.

L’editing genico

L’editing genico potrebbe permettere di spegnere o accendere dei geni, andando a correggere dei difetti che sono alla base di molte malattie genetiche, ma apre anche degli interrogativi etici sugli utilizzi di queste tecnologie che, per esempio, potrebbero anche essere applicate al tentativo di sviluppare forme moderne e sofisticate di eugenetica. Finora l’editing genico CRISPR era una procedura abbastanza complessa e, quindi, più controllabile dal punto di vista etico. Lo sviluppo di tecniche di mRNA per l’editing genico potrebbe consentire l’uso su larga scala e con costi contenuti, con conseguenti problemi di controllo etico degli effetti di queste metodologie. Ma la strada da fare è ancora molta perché il vero risultato che oggi è alla nostra portata, anche se va ancora affinato è quello di arrivare a una sintesi genica che permetta di costruire da zero il progettato prodotto finito.

Conclusioni

Il sequenziamento genico e la biologia programmabile sono in prospettiva una dei campi più innovativi e potenzialmente profittevoli della bioeconomia che costituirà uno dei settori trainanti delle economie del prossimo decennio. Sta, quindi, nascendo una corsa al venture capital biotech con il finanziamento di molti progetti di start-up nel campo della biologia programmabile, analogamente a quanto negli anni ’80 dello scorso secolo veniva fatto con la nascente industria informatica.

Si tratta di tecnologie che possono migliorare considerevolmente la nostra vita ma come spesso accade con tecnologie più evolute e potenti è necessario associare una grande responsabilità perché queste tecnologie possono esser anche usate contro l’uomo e contro l’umanità.

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