Houston, TX (US), agosto 2019 — Gli scienziati della Rice University hanno identificato un modo per ingegnerizzare il differenziamento cellulare nei batteri, ispirandosi ai processi delle cellule staminali.
I ricercatori hanno creato un circuito genetico capace di produrre cellule di Escherichia coli geneticamente modificate generando una comunità di microbi con un comportamento diverso dal tipo selvatico.
Il biologo Matthew Bennett, Ph.D., e Sara Molinari, Ph.D., che conducono lo studio appena pubblicato hanno dimostrato come, manipolando il codice genetico dei plasmidi – DNA circolari che fluttuano nelle cellule – sia possibile ottenere il differenziamento cellulare nei batteri come avviene nelle cellule staminali.
“Le cellule staminali hanno la rimarchevole capacità di dividersi in modo asimmetrico” commenta il dott. Bennett. “Durante la divisione, la cellula staminale originale rimane identica a sé stessa ma la cellula figlia ha un nuovo fenotipo. Questa asimmetria nella divisione serve negli organismi pluricellulari a determinare un destino e una funzione alla cellula figlia”.
“Come biologo di sintesi, penso molto a come generare e controllare il differenziamento cellulare in modelli di popolazioni multicellulari. Ora è stato provato sui batteri”
I ricercatori hanno pubblicato lo sviluppo di questo studio che richiama la presenza di un plasmide chiamato “asymmetric plasmid partitioning (APP)”, su Nature Chemical Biology.
La dott.ssa Molinari ha prima scoperto come forzare il plasmide a indurre la divisione asimmetrica attraverso una distribuzione disomogenea dello stesso plasmide. Ha poi in un secondo momento espanso il circuito genetico per indurre simultaneamente la divisione asimmetrica di due specie di plasmidi in una singola cellula, generando 4 distinti batteri.
“Quando abbiamo iniziato, il nostro scopo era quello di creare materiale biologico che avesse la capacità di adattarsi all’ambiente circostante. Pensavamo di poter mimare la costruzione ordinate di un tessuto incrementando la robustezza delle nostre colonie cellulari e la loro abilità. La scommessa era di ingegnerizzare una popolazione di batteri che si potesse comportare in modo diverso, se necessario”.” Siamo stati fortunati. Non vi è alcuna via canonica per ingegnerizzare la divisione asimmetrica e ci siamo riusciti magicamente alle prime prove”. “Ho impiegato due anni per capire che avevo commesso un errore di clonazione, ottenendo una proteina che ho inserito nel plasmide. Avevo aggiunto casualmente 17 amminoacidi all’inizio della proteina che hanno fatto si che il modello abbia funzionato”. Avendo capito questo passaggio, la dott.ssa ha poi proceduto con proteine idrofobiche che si legano al plasmide mantenendoli in vita.
I plasmidi APP possono convertire un semplice organismo unicellulare in un sistema più complesso fatto da diverse cellule.
“Ci sono tre passaggi fondamentali: uno è il differenziamento per mezzo di divisione asimmetrica, , il secondo è la comunicazione cellulare e il terzo è l’adesione cellulare. Se siamo in grado di controllare questi tre passaggi, possiamo finalmente parlare di ingegneria cellulare per formare vita”.
“Sembra di essere un pochino nella science fiction”
Fonte:
http://news.rice.edu/2019/08/12/bacteria-made-to-mimic-cells-form-communities/
DOI: 10.1038/s41589-019-0339-x
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