La nuova tecnologia può portare allo sviluppo e alla produzione di vaccini, farmaci per malattie gravi e proteine alimentari più velocemente ed economicamente che mai
Il processo che porta all’espressione dei nostri geni è fondamentale alla funzionalità delle cellule di tutti gli organismi viventi. In poche parole, il codice genetico nel DNA viene trascritto nella molecola RNA messaggero (mRNA), che indica alle cellule quali proteine produrre e in quale quantità.
Un gruppo di ricercatori della Chalmers University of Technology ha studiato la possibilità di controllare l’espressione genica allo scopo di sviluppare farmaci a base di proteine. I risultati dello studio sono stati pubblicati sulla rivista Nature Communications.
Il più recente esempio di simili farmaci è proprio il vaccino all’mRNA contro il Covid-19, grazie al quale è stato possibile insegnare alle cellule del corpo come produrre una copia della proteina che si trova sulla superficie del coronavirus. Una volta incontrate queste proteine, il sistema immunitario è stato quindi in grado di generare anticorpi contro il virus.
Allo stesso modo, una volta interpretato il codice genetico responsabile della produzione di determinate proteine, si potrebbe insegnare al sistema immunitario come sconfiggere cellule tumorali o altre malattie complesse.
La maggior parte dei più recenti farmaci è a base di proteine, ma le tecniche per produrli sono costose e lente, perché è difficile controllare come viene espresso il DNA.
L’anno scorso, un gruppo di ricerca della Chalmers, guidato da Aleksej Zelezniak, professore associato di biologia dei sistemi, ha compiuto un passo importante nella comprensione e nel controllo della quantità di una proteina prodotta da una determinata sequenza di DNA.
“Finora si è trattato di trovare un modo per ‘leggere’ fino in fondo le istruzioni della molecola di DNA. Ora siamo riusciti a progettare il DNA contenente le istruzioni esatte per controllare la quantità di una specifica proteina”, afferma Aleksej Zelezniak a proposito dell’ultimo importante lavoro del gruppo di ricerca svolta.
Molecole di DNA su ordinazione
Il principio alla base del nuovo metodo è simile a quando un’intelligenza artificiale genera volti simili a quelli di persone reali. Studiando le caratteristiche di un’ampia selezione di volti, l’intelligenza artificiale può creare volti completamente nuovi ma dall’aspetto naturale.
È quindi facile modificare un viso dicendo, ad esempio, che dovrebbe sembrare più vecchio o avere un’acconciatura diversa. D’altra parte, programmare da zero un volto credibile, senza l’uso dell’intelligenza artificiale, sarebbe stato molto più difficile e dispendioso in termini di tempo.
Allo stesso modo, l’intelligenza artificiale utilizzata dai ricercatori è stata addestrata a conoscere la struttura e il codice normativo del DNA. Solo allora si è rivelata capace di progettare forme di DNA sintetico, facile da manipolare. In poche parole, data una richiesta sul tipo di gene necessario, l’AI “stampa” la sequenza di DNA appropriata.
“Il DNA è una molecola incredibilmente lunga e complessa. È quindi particolarmente impegnativo sperimentare nuovi metodi per modificarlo, leggerlo e riadattarlo. Ci possono volere anni. Utilizzare una AI riduce questa tempistica a poche settimane o giorni “, spiega il primo autore Jan Zrimec, ricercatore associato presso l’Istituto Nazionale di Biologia in Slovenia ed ex postdoc del gruppo di Aleksej Zelezniak.
I ricercatori hanno sviluppato il loro metodo a partire dal lievito Saccharomyces cerevisiae, le cui cellule assomigliano a quelle dei mammiferi. Il prossimo passo è usare cellule umane. I ricercatori sperano di avere un impatto sullo sviluppo di farmaci nuovi e già esistenti.
“Lo sviluppo di farmaci a base di proteine o la produzione di proteine alimentari sostenibili alternative può richiedere molti anni e costi elevati. In alcuni casi, il costo è tale da non lasciare alcun margine di ritorno sull’investimento. Con la nostra tecnologia, è ora possibile sviluppare e produrre proteine commerciabili in maniera efficiente“, afferma Aleksej Zelezniak.
