La biologia sintetica è un campo di ricerca interdisciplinare che utilizza principi ingegneristici per progettare e costruire circuiti genici e componenti molecolari artificiali per manipolare e modificare le funzioni cellulari. Questo approccio consente di creare nuove funzioni in cellule viventi o sistemi privi di cellule per una varietà di applicazioni mediche e scientifiche.
Indice
La biologia sintetica per riprogettare la medicina
La biologia sintetica è un campo in rapida crescita che consente di manipolare e modificare le funzioni cellulari per creare nuove applicazioni mediche. Gli scienziati stanno utilizzando questa tecnologia per sviluppare farmaci programmabili e strumenti diagnostici in grado di percepire e rispondere dinamicamente alle informazioni nel corpo umano. Questi farmaci sintetici possono controllare la localizzazione, la tempistica e il dosaggio delle loro attività, offrendo vantaggi significativi rispetto alle terapie convenzionali in termini di flessibilità, specificità e prevedibilità, aprendo la strada per la medicina di precisione.
Utilizza principi ingegneristici per modellare, progettare e costruire componenti molecolari artificiali per la manipolazione delle cellule viventi. Con lo sviluppo di tecnologie come il sequenziamento del DNA e CRISPR-Cas9, i ricercatori hanno la possibilità di creare sistemi biologici con funzioni uniche e complesse, aprendo nuove opportunità per lo studio dei sistemi viventi e la comprensione del loro funzionamento.
La biologia sintetica si basa sull’idea che i sistemi viventi possono essere suddivisi in componenti singoli. Utilizzando principi ingegneristici, questi componenti possono essere progettati e costruiti per creare nuovi sistemi per una vasta gamma di utilizzi, tra cui industria, agricoltura, farmaceutica e ambiente. La realizzazione pratica di questi approcci di bioingegneria può essere però molto complessa.
L’idea che si basa sulla biologia sintetica è di poter scomporre i sistemi viventi in componenti individuali. Non solo, anche utilizzare principi ingegneristici per progettare e costruire queste parti biologiche in nuovi sistemi per diverse applicazioni. La sfida da superare, è la mancanza di principi di progettazione stabiliti e una libreria limitata di componenti biologici disponibili.
Biosensori
I microbi che vivono nel nostro corpo hanno un ruolo importante nella salute umana. Recenti studi utilizzando nuove tecnologie di sequenziamento hanno rivelato associazioni tra alterazioni del microbiota intestinale e diverse malattie. Tra queste malattie; infiammatoria intestinale, il cancro e i disturbi neurologici. Sono necessari ulteriori approcci sperimentali per comprendere i meccanismi alla base di come le interazioni tra il microbiota intestinale che influenzano la salute umana e le malattie.
Comprendere il funzionamento dell’intestino è complesso poiché l’area è difficile da raggiungere, questo rende la conoscenza attuale sulle interazioni tra l’ospite e il microbiota limitata. La biologia sintetica sta consentendo ai ricercatori di creare batteri ingegnerizzati che possono rilevare, registrare e riportare i cambiamenti all’interno dell’intestino.
Utilizzando questa tecnologia, un team di ricercatori ha creato biosensori che possono funzionare come una diagnostica in tempo reale dell’infiammazione o essere utilizzati per misurare la dinamica batterica in risposta all’infiammazione e alle variazioni del microbiota intestinale nei topi.
Queste tecnologie di biologia sintetica permetteranno ai ricercatori di creare batteri probiotici modificati geneticamente in grado di rilevare e segnalare cambiamenti nell’intestino. Utilizzando questo approccio, i ricercatori hanno creato biosensori che possono essere utilizzati per diagnosticare in tempo reale l’infiammazione. Oppure, per misurare la dinamica batterica in risposta all’infiammazione e alle variazioni del microbiota nell’intestino dei topi.
A lungo termine, l’obiettivo è quello di sviluppare batteri modificati geneticamente per utilizzi clinici. Come ad esempio il monitoraggio dei cambiamenti nell’intestino che possono indicare la presenza di una malattia.
Terapie avanzate con la biologia sintetica
I ricercatori stanno utilizzando la biologia sintetica per creare cellule viventi e sistemi privi di cellule che possono percepire e rispondere alle informazioni del corpo. Permetterà di andare verso un’era di farmaci programmabili. Ad esempio, un team ha progettato un ceppo di batterio Lactococcus lactis. Un batterio in grado di degradare una classe di antibiotici comunemente usati nell’intestino. Protegge il microbiota intestinale mentre lascia invariate le concentrazioni di antibiotici nel flusso sanguigno.
Grazie alle terapie avanzate e la biologia sintetica, sarà permesso ai ricercatori di progettare batteri probiotici ingegnerizzati in grado di monitorare e riferire sui cambiamenti all’interno dell’intestino. Gli sforzi sono stati fatti per creare terapie per malattie utilizzando batteri ingegnerizzati in grado di degradare specifici aminoacidi all’interno dell’intestino.
Questi sviluppi indicano che la biologia sintetica ha il potenziale per diventare un trattamento trasformativo per diverse malattie. Permetterà ai ricercatori di progettare nuove terapie basate sull’utilizzo di componenti biologici non presenti in natura.
Un esempio è l’utilizzo di interruttori genetici programmabili che possono essere incorporati in una sequenza di RNA per indirizzare la produzione di proteine in specifiche cellule o stati cellulari. Ad esempio, come quelle infette da virus. Ciò offre nuove opportunità per la medicina di precisione.
Le future ricerche sulla Biologia sintetica
La biologia sintetica combina principi ingegneristici e biologici per creare nuovi sistemi e componenti molecolari. In medicina, questo può portare a nuove terapie e diagnostiche, ma il potenziale va ben oltre, poiché può anche aiutare a risolvere problemi ambientali e di sostenibilità. I ricercatori stanno lavorando per sviluppare farmaci programmabili nonché terapie basate sull’RNA e utilizzando batteri ingegnerizzati per trattare le malattie. La biologia sintetica sta aprendo nuove opportunità per migliorare la salute umana e affrontare sfide globali.
