ASCOLTA I NOSTRI PODCAST SU SPOTIFY
Con l’aiuto di un’intelligenza artificiale, i ricercatori della Chalmers University of Technology, in Svezia, sono riusciti a progettare il DNA sintetico che controlla la produzione di proteine delle cellule.
Il modo in cui i nostri geni sono espressi è un processo fondamentale per la funzionalità delle cellule in tutti gli organismi viventi. Il codice genetico nel DNA viene trascritto nell’RNA messaggero della molecola (mRNA), che indica alla fabbrica della cellula quale proteina produrre e in quali quantità.
I ricercatori hanno fatto molti sforzi per cercare di controllare l’espressione genica perché può, tra le altre cose, contribuire allo sviluppo di farmaci a base di proteine.
Un esempio recente è il vaccino mRNA contro il Covid-19, che ha istruito le cellule del corpo a produrre la stessa proteina trovata sulla superficie del coronavirus.
Il sistema immunitario del corpo potrebbe quindi imparare a formare anticorpi contro il virus. Allo stesso modo, è possibile insegnare al sistema immunitario del corpo a sconfiggere le cellule tumorali o altre malattie complesse se si comprende il codice genetico dietro la produzione di proteine specifiche.
La maggior parte dei nuovi farmaci di oggi sono a base di proteine, ma le tecniche per produrli sono sia costose che lente, perché è difficile controllare come viene espresso il DNA.
L’anno scorso, un gruppo di ricerca di 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.
“In primo luogo si trattava di essere in grado di ‘leggere’ completamente le istruzioni della molecola di DNA. Ora siamo riusciti a progettare il nostro DNA che contiene le istruzioni esatte per controllare la quantità di una proteina specifica”, afferma Aleksej Zelezniak a proposito dell’ultima importante scoperta del gruppo di ricerca.
Molecole di DNA su ordinazione
Il principio alla base del nuovo metodo è simile a quando un’IA genera volti che sembrano persone reali. Imparando come appare un’ampia selezione di volti, l’IA può quindi creare volti completamente nuovi ma dall’aspetto naturale.
È quindi facile modificare un viso, ad esempio, dicendo che dovrebbe sembrare più vecchio o avere un’acconciatura diversa. D’altra parte, programmare un volto credibile da zero, senza l’uso dell’intelligenza artificiale, sarebbe stato molto più difficile e dispendioso in termini di tempo.
Allo stesso modo, all’IA dei ricercatori è stata insegnata la struttura e il codice normativo del DNA. L’IA progetta quindi il DNA sintetico, dove è facile modificare le sue informazioni regolatorie nella direzione desiderata di espressione genica. In poche parole, all’IA viene detto quanto di un gene è desiderato e quindi “stampa” la sequenza di DNA appropriata.
“Il DNA è una molecola incredibilmente lunga e complessa. È quindi sperimentalmente estremamente impegnativo apportare modifiche ad esso leggendolo e cambiandolo in modo iterativo, quindi leggendolo e cambiandolo di nuovo. In questo modo ci vogliono anni di ricerca per trovare qualcosa che funzioni. Invece, è molto più efficace lasciare che un’IA impari i principi della navigazione del DNA. Ciò che altrimenti richiede anni è ora ridotto a settimane o giorni”, afferma il primo autore Jan Zrimec, ricercatore associato presso l’Istituto Nazionale di Biologia in Slovenia ed ex postdoc nel gruppo di Aleksej Zelezniak.
I ricercatori hanno sviluppato il loro metodo nel lievito Saccharomyces cerevisiae, le cui cellule assomigliano alle cellule dei mammiferi. Il prossimo passo è usare cellule umane. I ricercatori sperano che i loro progressi avranno un impatto sullo sviluppo di farmaci nuovi ed esistenti.
“I farmaci a base di proteine per malattie complesse o proteine alimentari sostenibili alternative possono richiedere molti anni e possono essere estremamente costosi da sviluppare. Alcuni sono così costosi che è impossibile ottenere un ritorno sull’investimento, rendendoli economicamente non redditizi. Con la nostra tecnologia, è possibile sviluppare e produrre proteine in modo molto più efficiente in modo che possano essere commercializzate”, afferma Aleksej Zelezniak.
Immagine: Yen Strandqvist
