STEMpills #5: Computer Biologici, Internet Cellulare e Cloud Viventi

Non sono ancora impazzito: il titolo rappresenta il frutto del lavoro di diversi gruppi di scienziati che lavorano ad una nuova tecnologia biologica, tradotta nella nostra lingua come "transistori". I *transistor* sono dei componenti di un circuito elettrico che consentono di modulare il flusso di energia: allo stesso modo, in un sistema biologico, questi biocomputer sono in grado di regolare e modificare i comportamenti cellulari.

Come ti modulo l'espressione genica

Usando particolari sequenze di DNA ed RNA , gli scienziati hanno creato dei transistori biologici nelle cellule di di E. Coli, uno dei batteri più diffusi nel nostro organismo e presente soprattutto a livello intestinale. Questi transistori biologici prendono il nome di transcrittori e funzionano come piccoli computer in grado di regolare le funzioni cellulari in base a determinati input che vengono dati dall'esterno. Mentre i transistori controllano il flusso di elettroni in un dato circuito, i transcrittori sono in grado di modulare il flusso di enzimi su una particolare sequenza di DNA, influenzando quindi l'espressione dei geni e quindi la produzione proteica di una data cellula.

Il meccanismo di modulazione dell'espressione genica ruota intorno diversi attori: la RNA-Polimerasi, un enzima che utilizza un filamento di DNA per creare RNA complementare usato per la sintesi delle proteine; particolari frammenti di DNA chiamati terminatori e particolari proteine chiamate integrasi, capaci ti tagliare e legare filamenti di DNA. Il processo alla base consiste nell'inserimento dei frammenti di terminatori all'interno di un dato DNA: queste sequenza fanno andare "fuori dai binari" la RNA Polimerasi che interrompe la produzione di RNA. Di conseguenza, si può creare un filamento di DNA che contiene diverse proteine utili, inserire una sequenza terminatrice che può essere attivata o spenta grazie alle integrasi che ruotano la sequenza rendendola leggibile o meno dalla polimerasi.

Applicazioni più o meno reali

L'utilizzo di biocomputer consentirà di modulare l'espressione genica cellulare e di conseguenza le applicazioni sono davvero numerose. Ad esempio, potranno aumentare l'efficacia di alcune terapie (pensiamo all'aumento dei recettori bersaglio delle molecole di un farmaco) diminuendone al contempo la tossicità per l'elevate selettività acquisita. Alcuni studi si sono concentrati sull'utilizzo dei biocomputer come strumenti per rendere il DNA una vera e propria banca dati: se si pensa che un grammo di DNA può contenere circa 455 exabyte di dati grazie al suo particolare tipo di codice e l'elevato livello di compressione, capirete che questo tipo di utilizzo è qualcosa di rivoluzionario. Tuttavia questo è nulla in confronto alle ricerche che invece mirano a sviluppare una sorta di network cellulare: un sistema che permetta di far comunicare diverse cellule tra di loro attraverso lo scambio di materiale genetico. Questi sistemi di computazione biologica potrebbero fare in modo che le cellule "avvertino" quando si sta sviluppando un tumore e potrebbero addirittura iniziare a combatterlo producendo farmaci "in loco" in maniera autonoma.

_{Il DNA potrebbe essere utilizzato come un archivio dati estremamente efficiente anche per uso non biologico}

In un futuro, potremmo persino programmare a distanze le nostre cellule: un gruppo di scienziati sta studiando il modo di inserire particolari sequenze di DNA nel genoma di E. Coli con cui poter interagire dall'esterno. Gli studi hanno portato a ideare un sistema in cui determinati stimoli chimici esterni, agendo sui transcrittori e quindi modulando il flusso enzimatico, porterebbero all'eliminazione oppure alla rotazione di queste sequenze di DNA, alterando l'espressione dei geni e quindi il prodotto proteico. Un gruppo di scienziati della Stanford University, California, grazie a questi stimoli chimici ed all'utilizzo delle sequenze terminatrici descritte in precedenza, è riuscito a creare un sistema biologico capace di dare divesti output in base ai diversi input inseriti, cosa che nel gergo tecnico si definisce come implementazione delle porte logiche.

Chissà, magari presto potremmo controllare le nostre cellule tramite app da smartphone!