Genomica in transfert

BIO – Medicina Costruzione Sociale nella Post-Modernità – Educational Papers • Anno V • Numero 18 • Giugno 2016

Scritto in collaborazione con Eugenia D’Alterio – biologa

Microrganismi tecnologizzati

Nel dicembre 2009, i patrocinatori del John F. Kennedy Center for the Performing Arts di Washington, DC, sperimentarono una lieve sollecitazione circa gli eventuali shock biologici del futuro: i loro drink, in quell’occasione, furono serviti in un nuovo tipo di coppe di plastica trasparente. All’apparenza questi contenitori sembravano esattamente come qualsiasi altra coppa di plastica trasparente ad eccezione di una significativa differenza: ognuna aveva la dicitura: “Plastica derivata al 100% da piante.” 

La pseudo plastica, nota come MIREL, era il prodotto di una joint venture tra la Metabolix, un’azienda di bioingegneria di Cambridge, Massachusetts, e l’Archer Daniels Midland, la ciclopica società di prodotti alimentari che aveva di recente costruito un impianto di produzione di bio-plastica a Clinton, Iowa. L’impianto era stato progettato per sfornare MIREL al ritmo di 49.895.161 kilogrammi all’anno¹. Mirel è un biopolimero commercializzato come alternativa alle materie plastiche a base di petrolio ed è sia sostenibile che eco-friendly. Chimicamente, MIREL è una sostanza nota come poliidrossibutirrato (PHB), che era normalmente costituita da idrocarburi presenti nel petrolio ma, a partire dai primi anni 1990, Oliver Peoples, un biologo molecolare che era stato un co-fondatore di Metabolix, iniziò a cercare modi per produrre polimeri come il PHB attraverso fermentazione con l’azione di microrganismi, geneticamente modificati, su una miscela di materie prime². Questi polimeri, infatti, possono essere prodotti per processo di fermentazione, tramite materie prime, a base di carbonio, da fonti rinnovabili. Questi biopolimeri rinnovabili sono prodotti e consumati naturalmente da organismi viventi come alcuni microbi. A causa di questo, i biopolimeri Metabolix possono essere biodegradati da microbi simili presenti in ambienti naturali quali suolo e acqua. 

Dopo diciassette anni di ricerca e sperimentazione, malgrado aver subito la derisione da parte di diverse aziende chimiche), Peoples aveva sviluppato un ceppo industriale di un microrganismo registrato (patentato) che trasformava l’amido di mais nel polimero in plastica PHB. Nelle sue linee più generali, il processo non era poi così diverso dalla produzione di birra, realizzata anch’essa mediante fermentazione: microorganismi (cellule di lievito) agiscono sul malto e sul luppolo per produrre etanolo. Nel caso del biopolimero MIREL, il sistema di fermentazione microbica consisteva in una grande vasca che combinava i microbi ingegnerizzati con amido di mais e altre sostanze. I microbi metabolizzavano l’amido di mais e lo trasformavano in bio-plastica, che era poi separata dagli organismi e trasformata in “pallottole” di Mirel. L’etanolo della birra è una sostanza chimica e lo è anche il PHB, in entrambi i casi, i microrganismi effettuavano la trasformazione della materia organica in un diverso tipo di prodotto finito³. 

Il PHB, prodotto a base microbica, aveva alcuni vantaggi ambientali rispetto alla versione di derivazione petrolchimica. Per prima cosa, dal momento che non è un derivato dal petrolio, diminuisce la nostra dipendenza dai combustibili fossili. Inoltre, la materia prima principale, il mais, è una risorsa agricola rinnovabile e sostenibile, non qualcosa che sarebbe potuta mancare in qualunque momento. Ancora, le resine bio-plastiche MIREL erano le uniche bio-plastiche amidacee certificate da Vinçotte, un’organizzazione di ispezione e di certificazione indipendente di biodegradabilità in suolo naturale e ambienti acquatici, come l’acqua di mare. Se uno dei bicchieri di plastica utilizzati presso il centro Kennedy fosse finito nel fiume Potomac si sarebbe scomposto nel giro di pochi mesi⁴ (la biodegradabilità non è necessariamente la panacea che una volta si pensava essere, dal momento che rilascia gas serra, mentre la non degradabilità, d’altra parte, sequestra carbonio). 

La costruzione di un microrganismo in grado di convertire mais in plastica, in un processo simile alla produzione di birra, era solo un esempio delle trasformazioni rese possibili dall’emergente disciplina della biologia sintetica: la scienza di alterare, selettivamente, i geni degli organismi per fargli fare cose che loro non avrebbero fatto nel loro stato naturale⁵. 

Ma l’impresa di trasformare il mais in plastica è stata solo la punta dell’iceberg della biologia sintetica. Già nel primo decennio del ventunesimo secolo dei microrganismi, modificati dalla biologia sintetica, producevano beni che nessuno avrebbe potuto immaginare: batteri in vasche industriali, alte tre piani, producevano “fibre biologiche” per moquette⁶.

Fibra sorona (PDO) 

Nel 2005 Mohawk Industries introdusse la sua nuova linea di moquette SmartStrand. Essa era basata sulla fibra DuPont Sorona, fibra che di base ha un copolimero di 1,3 propandiolo ottenuto per fermentazione da colture disponibili e rinnovabili. La fibra Sorona aveva una struttura molecolare semicristallina, elastica e resistente, che la rendeva particolarmente adatta per l’abbigliamento, la tappezzeria di automobili e per moquette. La fibra aveva un nodo pronunciato nel mezzo che permetteva ai fili di allungarsi e deformarsi, quindi, permettendo che, automaticamente, tornassero alla loro forma originale. Questo attributo era perfetto per proteggere, nei capi di abbigliamento, ginocchia e gomiti, e per la fabbricazione di moquette e tappeti altamente resistenti, confortevoli, e di sostegno⁷. Occorre precisare che, in origine, l’ingrediente principale della fibra Sorona era si un copolimero noto come 1,3-propandiolo (PDO), ma la molecola, tradizionalmente, derivava da prodotti petrolchimici. Ma nel 1995 la DuPont aveva collaborato con Genencor International, una società di ingegneria genetica con sede principale a Palo Alto, nella ricerca della possibilità di produrre PDO biologicamente. Ricercatori delle due aziende presero frammenti di DNA da tre diversi microrganismi e li “cucirono” insieme in modo che risultasse un nuovo ceppo industriale del batterio Escherichia coli. In particolare, essi programmarono ventisei cambiamenti genetici nel batterio in questione in modo che consentissero allo stesso di convertire l’amido del mais direttamente in PDO in una vasca di fermentazione, procedura simile alla produzione di birra e di MIREL⁸. 

Nel 2003 la DuPont registrò il nome Bio-PDO e iniziò a produrre la sostanza in quantità. La corporazione sostenne che quella era la prima volta che un organismo geneticamente modificato era stato utilizzato per trasformare una risorsa rinnovabile, presente in natura, in una sostanza chimica industriale ad alti volumi. La US Environmental Protection Agency, salutò il Bio-PDO come un trionfo della chimica verde e nel 2003 diede alla DuPont il Greener Reaction Conditions Award poiché la bio-fibra utilizzava materie prime e reagenti più verdi e la sua sintesi richiedeva meno fasi di processo industriale e meno costose di quelle coinvolte nella fabbricazione di altre fibre. Infatti, la produzione di Sorona richiedeva il 30% in meno di energia di quella usata per produrre una quantità uguale di nylon, ad esempio, e riduceva l’emissione di gas serra del 63%. Mohawk propagandò la sua moquette Sorona come ecologica [environmental freindly]: “Ogni 6,4 metri di SmartStrand Sorona della DuPont si risparmiano abbastanza energie e risorse per eguagliare un gallone di benzina, vale a dire un risparmio di 37,8 milioni di litri di benzina riferibile ad un anno!” Così abbiamo avuto, in definitiva: la moquette politicamente corretta⁹!

Ciò che questi esempi accennano, tuttavia, è qualcosa di molto più importante della mera correttezza politica, ossia che gli organismi biologici modificati potevano essere considerati come una sorta di alta tecnologia, versatili motori di creazione messi a disposizione dalla natura stessa. Gli organismi biologici si avvicinano alla condizione di essere costruttori universali, nel senso che, con le opportune manipolazioni alla loro genetica, possono essere resi capaci di produrre praticamente qualsiasi manufatto. Un organismo vivente, dopo tutto, è un sistema di produzione, un ready-made, un sistema di produzione che, se opportunamente manipolato, come un computer, è governato da un programma, cioè governato dal suo genoma modificato¹⁰. La biologia sintetica (che nasce negli Stati Uniti intorno all’anno 2000 come evoluzione dell’ingegneria genetica) e la genomica sintetica che ne deriva, comportando il rifacimento su larga scala di un genoma, sono stati tentativi di capitalizzare il fatto che gli organismi biologici sono sistemi di produzione programmabili e che, facendo piccoli cambiamenti nel loro “software” genetico, un bioingegnere può ottenere grandi cambiamenti nella loro produzione¹¹. Naturalmente, gli organismi non sono in grado di produrre qualsiasi cosa, in quanto limitati e circoscritti dalle leggi della natura. I microbi non possono convertire il piombo in oro, ad esempio, ma possono convertire i liquami in energia elettrica. 

Pila a combustibile microbiologica 

La capacità sorprendente dei microbi di convertire liquami in energia elettrica era stata dimostrata nel 2003 da un team della Penn State University guidato dal ricercatore Bruce Logan. Egli sapeva che, nei soli Stati Uniti, più di 126 miliardi di litri di acque reflue venivano trattate tutti i giorni con un costo annuale di US $ 25 miliardi, in gran parte speso per l’energia necessaria. Logan pensò che tali costi non potevano essere sostenuti da una popolazione mondiale di sei miliardi di persone, in particolare nei paesi in via di sviluppo. Era ampiamente noto che i batteri potevano trattare acque reflue. Da un altro lato i microbiologi conoscevano da anni che i batteri potevano, anche, generare elettricità. Finora, nessuno aveva messo questi due elementi insieme. Ma cosa sarebbe successo potendo programmare dei microbi capaci di eseguire tutte e due le funzioni contemporaneamente: trattamento delle acque reflue e produzione di energia elettrica¹²? 

Chiave per l’impresa sarebbe la pila a combustibile microbiologica (microbial fuel cell, MFC) – una sorta di pila biologica. Nel metabolismo normale, i batteri producono elettroni liberi. Una pila a combustibile microbiologica (MFC) consiste di due elettrodi divisi in due compartimenti: uno che contiene un anodo e l’altro un catodo, collegati da un circuito elettrico esterno e uniti da una membrana semipermeabile che permette unicamente il passaggio dei cationi. Nel compartimento dell’anodo, privo di ossigeno, il carburante (costituito da glucosio e metanolo ottenuto da scarti di cibo) viene convertito dai microorganismi, liberando elettroni e cationi. Una corrente è così avviata dal rilascio di elettroni da batteri in un mezzo liquido. Così gli elettroni passano dai batteri all’anodo, che è collegato al catodo da un filo elettrico¹³. In definitiva, una pila a combustibile microbiologica converte l’energia chimica in energia elettrica mediante la reazione catalitica di microorganismi (Allen e Bennetto, 1993). I cationi, invece, viaggiano al catodo attraversando la membrana semipermeabile, al catodo elettroni e cationi vengono quindi ricombinati con ossigeno, formando acqua e producendo idrogeno. In generale, esistono due tipi di pile a combustibile microbiologiche: con e senza mediatore di trasferimento di elettroni. 

Logan e i suoi colleghi costruirono una pila cilindrica a combustibile microbico, la riempirono con acque reflue provenienti dall’impianto di trattamento delle acque della Penn State University e, poi, l’inocularono in una coltura pura del batterio Geobacter metal-lireducens. In poche ore il microbo aveva cominciato a purificare il liquame mentre allo stesso tempo produceva delle quantità misurabili di energia elettrica. Questi risultati dimostrarono, per la prima volta, la generazione di elettricità accompagnata dal trattamento di acque reflue. Se la produzione di energia elettrica in questi sistemi può essere aumentata, la tecnologia MFC potrebbe fornire un nuovo metodo per compensare i costi di gestione del trattamento delle acque reflue, rendendo il trattamento tecnologicamente avanzato delle acque reflue più conveniente sia per le nazioni in via di sviluppo che per quelle industrializzate. 

L’impostazione generale non era difficile da replicare e nel giro di pochi anni uno studente del secondo anno della Stuyvesant High School di New York, Timothy Z. Chang, stava progettando, costruendo e operando, pile a combustibile microbiche a casa e nel suo laboratorio del liceo, sperimentando con una quarantina di diversi ceppi di batteri per scoprire quale fosse più adatto per la massima produzione di energia elettrica¹⁴.

Nel 2010 diversi gruppi di ricercatori stavano lavorando sull’aumento della produzione di energia elettrica da batteri delle acque reflue per farne un’opzione pratica nel mondo reale. A questo punto, i biologi impegnati nella biologia sintetica avevano ottenuto microbi per eseguire tante imprese diverse che era chiaro che molte delle unità di base della vita in natura, microbi in questo caso, stavano subendo un’estrema trasformazione del loro DNA, un’importante percorso di riprogettazione frutto di tecnologia genomica. Così, microbi ingegnerizzati producevano gasolio, benzina e il carburante di aerei. Microbi erano stati creati per rilevare l’arsenico nell’acqua potabile a concentrazioni estremamente basse (a partire da 5 parti per miliardo) e riportarne l’esito cambiando colore. Ancora, microbi che potevano essere sparsi in un bio-film, producevano un pigmento nero in risposta a determinate illuminazioni, potendo copiare pattern sovrapposti e immagini proiettate: in effetti, le macchine Xerox microbiche¹⁵. Uno studente riprogrammò batteri di E. coli per produrre emoglobina (“bactoblood”) che potesse essere liofilizzata e, poi, ricostituita e utilizzata per trasfusioni di emergenza fuori dagli ospedali. Nel 2006, solo per hobby, cinque studenti del MIT, ancora non laureati, riprogrammarono con successo E. coli (abituale residente dei tratti intestinali) per produrre profumazioni alla banana o al sempreverde¹⁶. 

Il batterio E. coli è così morbido, flessibile e cedevole che si è subito dimostrato di essere la piattaforma biologica ideale per innumerevoli applicazioni di bioingegneria genomica. Una delle più grandi virtù era che i batteri E. coli (e i cugini, i Vibrio) sono tra i microrganismi più veloci al mondo a replicarsi¹⁷.¹⁸

Eppure, malleabile come era il batterio in questione, il genetista Fred Blattner dell’University of Wisconsin affermò che egli poteva migliorare il ceppo K-12 del microrganismo per renderlo un telaio ancora migliorato per i progetti dell’ingegneria della biologia sintetica. Il microrganismo aveva circa 4.000 geni, molti non avevano funzione conosciuta, mentre altri erano non essenziali, ridondanti, o nocivi. Così Blattner spogliò il genoma del ceppo K-12 di E .coli del 15% dei suoi geni naturali, rendendolo un organismo con un set di istruzioni ridotto, una struttura snella, la versione più pura del microbo. Blattner lo descrisse come “razionalmente progettato” e disse che la riduzione genetica ottimizza il ceppo di E. coli in quanto potenziale fabbrica biologica, garantendone una maggiore stabilità genetica e una maggiore efficienza metabolica. Con quaranta cambiamenti del genoma, egli aveva pre-ingegnerizzato il microorganismo in modo da renderlo ancora più facile da re-ingegnerizzare¹⁹. Nel 2002 Blattner fondò Scarab Genomics per vendere il suo migliorato organismo, ora fatturandolo come “Clean Genome E. coli” e commercializzandolo sotto lo slogan “Less is better and safer!” [Meno è migliore e più sicuro!] I ricercatori possono acquistare quantità del microbo, online o via fax, per un minimo di US $ 89 il bicchierino (più una spesa di spedizione di US $ 50)²⁰. 

Il risultato di tutto questo è che, almeno a livello microbico, la natura è ridisegnata e re-codificata in modo significativo. L’ingegneria genomica diventerà più comune, meno costosa e più ambiziosa e radicale, in futuro, nella misura in cui diventiamo più abili a riprogrammare gli organismi viventi, il costo dei processi di laboratorio diminuisce e la sua efficienza aumenta e si è, anche, più motivati a massimizzare l’uso di tecnologie verdi. 

Data la profusione e la varietà di organismi biologici, sommata alla possibilità di riprogettare il loro genoma per una molteplicità di scopi, la questione, in linea di principio, non era tanto quella di cosa fargli fare, ma quella di cosa non fargli fare. Dopo tutto, forme di vita minuscole, spinte unicamente dal proprio genoma naturale, nel corso dell’evoluzione, hanno prodotto complessi organismi di grandi dimensioni. Abbiamo già bio-plastiche che possono essere utilizzate come tubi idraulici PVC, bio-fibre per moquette, legname, materiali naturali per la costruzione, energia elettrica prodotta attraverso microrganismi programmati per fornire energia ed illuminazione e bio-diesel per alimentare i macchinari di costruzione. Perché non è possibile re-ingegnerizzare altri microrganismi per la produzione di qualsiasi altra cosa abbiamo bisogno? 

Nel 2009, a Sidney Perkowitz, fisico presso l’Emory University di Atlanta con uno speciale interesse nelle scienze dei materiali, è stato chiesto di pronunciarsi sul futuro dei materiali di costruzione. Egli rispose e propose: “Pensate alla possibilità degli impianti di bioingegneria per la produzione di plastica esattamente in una forma desiderata, da una coppa ad una casa.” “La biotecnologia attuale è ben al di sotto di questa possibilità, ma la fantascienza ha un modo di puntare al futuro. Se le bio-plastiche sono state i materiali di svolta del XXI secolo, le “case cresciute dai semi” possono essere la svolta del XXII secolo”²¹. Proposte simili sono state fatte da altri ricercatori, proposte attuabili molto più nell’immediato come, ad esempio, l’utilizzo di zucche ed alberi modificati per far crescere una casa arborea, primitiva (inhabitat.com/grow-your-own-treehouse). Ugualmente, in rapido sviluppo è la tecnologia di determinare le forme e le proprietà chimiche delle piante e di renderle sensibili a semplici segnali di luce e intelaiature. 

Biologia sintetica & ingegneria genomica: verso un Homo Sapiens 2

Questa attenzione su microrganismi e piante – in particolare sul trascurato E. coli bacterium – può dare origine all’impressione che la biologia sintetica e l’ingegneria genomica hanno poco da offrire agli organismi più complessi come la specie umana. Niente potrebbe essere più lontano dalla verità. In realtà queste tecnologie hanno il presupposto, tra le altre cose, di migliorare la nostra salute e quella di altre specie, di estendere il tempo della nostra vita, di aumentare la nostra intelligenza e di migliorare la nostra memoria. L’idea di migliorare la specie umana ha ancora una copertura mediatica prevenuta, atteggiamento derivante, in larga parte, dall’omologazione con i movimenti eugenetici del passato. Gravate dalle esperienze storiche e dalla stupidità, ogni nuova proposta per beneficiare gli esseri umani attraverso l’ingegneria genomica affronta una battaglia in salita. Ma consideriamo la possibilità di renderci immuni a molti virus in modo di contenere infezioni come l’AIDS, oppure la possibilità di correggere la predisposizione al cancro²² o, ancora, la possibilità di sostituire geni difettosi responsabili di malattie ereditarie. 

I virus: opportunisti replicanti 

Consideriamo ora i virus, unità biologiche elementari, parassiti obbligati, in quanto possono replicarsi solo all’interno di cellule ospiti di altri organismi, dagli animali alle piante, ai microrganismi compresi batteri e archeobatteri e talvolta capaci di parassitare altri virus. 

I virus utilizzano il “macchinario” cellulare della cellula ospite per replicarsi, spesso uccidendola nel processo. Questo porta al rilascio di nuovi virus che giungono a infettare altre cellule, che a loro volta produrranno ancora più particelle virali, e così via. I virus possono prendere il controllo dei processi genetici della cellula ospite, perché sia il virus che la cellula condividono lo stesso processo replicativo. Quindi, sarebbe utile modificare il codice genetico della cellula ospite, a livello del meccanismo cellulare che legge ed esprime il genoma virale, questo potrebbe ostacolare la capacità del virus di infettarle²³. Se l’ipotesi suona selvaggiamente ambiziosa non c’è dubbio che la tecnologia dell’ingegneria del genoma sarebbe, in linea di principio, all’altezza del compito. Un ulteriore vantaggio sarebbe ingegnerizzare una resistenza cellulare multi virale nel corpo umano risultato che allevierebbe i nostri timori riguardanti la biologia sintetica nell’eventualità della creazione accidentale di un super-virus artificiale verso il quale l’uomo non avrebbe alcuna immunità naturale²⁴.

“Resuscitare i morti”

Le tecnologie genomiche possono realmente permetterci di “resuscitare i morti”. Già nel 1996, quando la pecora Dolly era il primo mammifero clonato in esistenza, la clonazione non è avvenuta da cellule di un animale vivo, ma è stata prodotta da una cellula di mammella surgelata di una pecora di sei anni morta circa tre anni prima della nascita di Dolly. Dolly era, così, un prodotto di clonazione attraverso trasferimento nucleare, un processo in cui un nucleo cellulare di una cellula somatica dell’animale da clonare viene fisicamente trasferita in una cellula uovo il cui nucleo era stato previamente rimosso. La nuova cellula uovo viene poi impiantata nell’utero di un animale della stessa specie, dove è messa in gestazione sviluppandosi in un clone vivo e vitale dell’animale donatore²⁵. 

Sebbene, la genitrice genetica di Dolly non era stata presa dalla tomba e magicamente risorta, Dolly era, tuttavia, probabilmente, un quasi esatto duplicato genetico della defunta pecora da cui era stata clonata e, quindi, in questo senso, Dolly rappresentava, effettivamente, la “risuscitazione” della madre biologica. Dolly era certamente diversa nei dettagli dal modo in cui il genoma si sarebbe espresso, evolutivamente, in una riproduzione sessuale, ma non così diverso da scoraggiare successivi successi di clonazione in una varietà di specie agricole e di ricerche nel campo²⁶.

Ma risultati ancora più sorprendenti erano in vista. Pochi anni dopo la pecora Dolly, un gruppo di scienziati spagnoli e francesi “riportarono” alla vita un membro di una specie animale estinta: lo stambecco dei Pirenei o Bucardo, una sottospecie di capra di montagna selvatica i cui restanti pochi esemplari erano stati confinati in un parco nazionale nel nord della Spagna. Ma la specie si estinse nel gennaio 2000, quando l’ultimo membro vivente, una femmina di tredici anni di nome Celia, è stata schiacciata da un albero caduto. Di conseguenza, l’Unione Internazionale per la Conservazione della Natura (IUCN) cambiò formalmente lo status di conservazione della specie da EW, il che significava “estinta in natura” [extinct in wild], per EX, che significava “estinta “ e basta²⁷.

L’estinzione, presumibilmente, era per sempre. Ma nella primavera del 1999, il dottor Jose Folch, un biologo che lavora per il governo della regione di Aragona, aveva preso raschiature cutanee dalle orecchie di Celia e conservato i campioni di tessuto in azoto liquido per salvare la linea genetica del Bucardo. Pochi anni dopo, nel 2003, Folch e il suo gruppo rimossero il nucleo da una delle cellule dell’orecchio di Celia, lo trasferirono in un ovulo di capra domestica privato del nucleo e lo impiantarono in una madre surrogata utilizzando una procedura chiamata clonazione per trasferimento nucleare interspecie²⁸.

Dopo un periodo di gestazione di cinque mesi, la madre surrogata diede alla luce uno stambecco dei Pirenei vivo. Da ogni punto di vista questo è stato un evento straordinario. Dopo essere stato ufficialmente dichiarato biologicamente estinto, un nuovo esemplare di quella specie scomparsa era risorto alla vita. Non per molto, però. Lo stambecco clonato visse solo per pochi minuti prima di soccombere per problemi polmonari. Eppure, quei minuti scarsi di vita erano la prova che una specie estinta poteva essere “resuscitata”, non per magia o miracoli, ma ad opera della scienza. Il DNA nucleare confermò che il clone era geneticamente identico al bucardo donatore, per cui il gruppo di ricerca scrisse nella sua relazione circa il progetto: “A nostra conoscenza, questo è il primo animale nato da una specie estinta”²⁹.

Quasi certamente, questo non sarà stato o sarà l’ultimo tentativo. La nascita del Bucardo comporta un po’ di riprogrammazione del genoma, poiché la cellula uovo che si era sviluppata nel bucardo non era stata fecondata da uno spermatozoo, ma mediante trasferimento del nucleo di una cellula somatica dell’organismo che si intendeva riprodurre in clone. Per fare ciò il nucleo somatico e la cellula uovo dovevano essere spinte a produrre un embrione in un processo noto come elettrofusione³⁰.

Una tecnica che si sta sviluppando, nel laboratorio di Harvard di George Church, che permetterà di far “risorgere” praticamente qualsiasi organismo estinto il cui genoma sia noto o possa essere ricostruito da resti fossili, fino ad includere i mammut della notte dei tempi, il piccione passeggero e, anche, paradossalmente, l’uomo di Neanderthal. Uno degli ostacoli per riesumare queste e altre specie estinte è che non esistono più nuclei intatti di cellule di questi organismi, il che significa che non vi è alcun nucleo disponibile per la clonazione per trasferimento nucleare. Tuttavia, le sequenze del genoma sia del mammut che dell’uomo di Neanderthal sono state, sostanzialmente, ricostruite. L’informazione genetica che definisce quegli animali esiste, è nota ed è memorizzata in database informatici. Il problema è quello di convertire quelle informazioni – quelle sequenze astratte di lettere – in stringhe reali di nucleotidi che costituirono i geni e i genomi degli organismi in questione³¹.

Tecnologia mage

Ciò potrebbe essere fatto per mezzo della tecnologia MAGE – ingegneria molteplice automatizzata del genoma. MAGE è una sorta di versione a vasta scala e accelerata di ingegneria genetica. Mentre l’ingegneria genetica tradizionale introduce modifiche genetiche manuali su pochi nucleotidi per volta, la tecnologia MAGE, invece, introduce modifiche genetiche, molto più numerose e in modo automatizzato. Comunque, questa tecnologia permetterebbe ai ricercatori di iniziare con il genoma, ad esempio, di un animale e, apportando le modifiche necessarie (trasferimento genetico), trasformarlo in un genoma funzionale di un altro animale affine³².

Si potrebbe iniziare, ad esempio, con il genoma di un elefante e modificarlo nel genoma di un mammut. Questo comporterebbe la frammentazione del genoma dell’elefante in circa 30.000 pezzi, ciascuno di circa 100.000 unità di DNA. Poi, utilizzando la sequenza del genoma ricostruito del mammut come modello, si introdurrebbero, selettivamente, le varianti molecolari genetiche necessarie per far sì che il genoma dell’elefante somigli a quello di un mammut estinto. Ottenuto un prototipo di genoma ingegnerizzato di mammut seguirebbe la clonazione convenzionale per trasferimento nucleare tra specie (oppure utilizzando altri metodi, come il trasferimento in utero surrogato di embrioni allo stato di blastocisti)³³. 

La stessa tecnica potrebbe funzionare per l’uomo di Neanderthal, che si avvierebbe con un genoma di cellule staminali (cellule indifferenziate totipotenti ) da un essere umano adulto e gradualmente si procederebbe con l’ingegnerizzazione del genoma del Neanderthal conosciuto. Se la società diventasse favorevole alla clonazione e vedesse un valore nella diversità umana, allora il Neanderthal stesso potrebbe essere clonato da una scimpanzé madre surrogata – o da una donna estremamente avventurosa³⁴. 

Qualsiasi tecnologia che può compiere tali prodezze – che ci riporti in un’epoca primordiale quando mammut e Neanderthal popolavano la terra – sarebbe di una potenza senza precedenti. Le tecnologie genomiche ci permetteranno, probabilmente, di riprodurre scene del nostro passato evolutivo e portare l’evoluzione in luoghi dove non c’è mai stata, e dove, probabilmente, mai si sarebbe prodotta se lasciata a se stessa. 

Oggi siamo al punto, per scienza e tecnologia, in cui noi umani possiamo replicare e quindi migliorare ciò che la natura ha già compiuto o è in corso d’opera. Possiamo trasformare l’inorganico in organico, decodificare e definire genomi, e modificarli. Possiamo anche creare diversità genetica, aggiungendola alla considerevole somma di ciò che la natura ha già prodotto. 

L’ingegneria genetica ricapitola l’evoluzione

Nel 1903, il naturalista tedesco Ernst Haeckel ha detto che l’”ontogenesi ricapitola la filogenesi”. Con questo intendeva che lo sviluppo di un singolo organismo (ontogenesi) ripercorre le principali tappe evolutive dei suoi antenati (filogenesi). Il suo aforisma si basava sulle osservazioni che gli embrioni iniziali di animali diversi somigliavano tra loro e che, crescendo, ciascuno sembrava passare attraverso, o ricapitolare, la storia evolutiva della sua specie. (Per esempio, l’embrione umano a un certo punto ha fessure branchiali, replicando in tal modo uno stadio evolutivo del nostro passato acquatico.) 

Mentre è chiaro che negli embrioni si sviluppano caratteristiche primitive che vengono successivamente perse nel feto, la cosiddetta legge biogenetica di Haeckel è un’esagerazione e non è stata mai universalmente accettata, né quando fu proposta per la prima volta né oggi. Tuttavia, con quest’argomentazione si propone una legge biogenetica, quella che descrive la situazione attuale in ingegneria molecolare e biotecnologie: l’ingegneria genetica ricapitola l’evoluzione. Attraverso l’ingegno umano e utilizzando la conoscenza della fisica e della chimica, maturata nel corso di sei rivoluzioni industriali, abbiamo sviluppato la capacità di manipolare e di ingegnerizzare la materia e, così facendo, abbiamo riscoperto e sfruttato i risultati di sei rivoluzioni simili che si sono verificate durante miliardi di anni di evoluzione biologica³⁵. 

Utilizzando le nano-biotecnologie, ci troviamo davanti alla soglia per manipolare i genomi in un modo che rifletta il progresso della storia evolutiva: partendo dagli organismi più semplici e terminando, portentosamente, ad essere in grado di modificare il nostro patrimonio genetico. La genomica sintetica ha il potenziale di ricapitolare il corso naturale dell’evoluzione genomica, con la differenza che il corso della genomica sintetica è e sarà sotto una deliberazione e un controllo “consapevoli”, invece di essere diretto dal processo cieco e opportunistico della selezione naturale. 

Conclusioni

Se le manipolazioni genomiche hanno il potenziale di modificare gli organismi, dovremmo porci la questione bio-politica di chi ha il potere decisionale e di controllo sulle deliberazioni inerenti questi processi tecnologici nell’immediato e nel futuro prossimo? 

Argomentare e proclamare di migliorare la qualità della vita dell’umanità fuori dai contesti economici e politici che definiscono la realtà sociale è solo retorica. Dietro le realizzazioni della biologia sintetica e della genomica vi è, da una parte, il capitalismo corporativo che, agendo sul controllo degli stati nazionali e sulla loro retorica mediatica, è garante della legittimità di controllare il discorso sulla vita e su come essa dovrebbe essere gestita, dall’altra, vi è l’anarco-capitalismo che assume che tale legittimità appartiene a chi ha la proprietà della tecnologia escludendone la socializzazione dei benefici. Vi è anche un’altra bio-politica che riguarda il futuro che la genomica e la biologia sintetica possano offrire: quella delle élite politiche di società come la Cina e Nord Corea. 

La risposta precisa alla domanda circa chi ha il controllo delle biotecnologie non lascia dubbi. Infatti, non vi è alcun collegamento effettivo tra la retorica di tutela e sorveglianza riguardo l’uso delle biotecnologie, a cui ancora ci appelliamo, e i progetti di bio-capitalismo. 

Il futuro che la genomica e la biologia sintetica possono offrirci sarà il risultato delle dinamiche tra il capitale corporativo globale, con le sue élite politiche e culturali, e le popolazioni consumatrici che, manipolate dalla pubblicità, sono sempre desiderose di acquisire nuove identità, nuovi significati e nuove esperienze. Al riguardo, analizziamo sempre come il bio-capitalismo, epoca in cui viviamo, produca valore dal bios, ossia dal corpo consumatore. 

1. Ziegler, Julie. Metabolix Defies Skeptics with Plastic from Plants. Bloomber.com, May 2009.
2. Ibidem
3. Ibidem
4. Ibidem
5. Church, George & Regis Ed. Regenesis. How Synthetic Biology Will Reinvent Nature and Ourselves. Basic Books, New York, 2014.
6. Evans Jon. Bioplastics Get growing. In “Plastics Engineering”, February, 14-19, 2010
7. Ibidem
8. Ibidem
9. Ibidem
10. Carlson, Robert H. Biology is technology. Harvard University Press, Cambridge, 2010.
11. Church, George & Regis Ed. op cit. p. 4.
12. Ibidem, pp. 4-5.
13. Liu, Hong, et al. Production of Electricity During Wastewater Treatment Using a Single Chamber Microbial Fuel Cell. In “Environmental Science and Technology”, 38, no. 7: 2281-2285, 2004.
14. Chang, Timothy Z. Kinetics of Wastewater Treatment and Electricity Production in a Novel Microbial Fuel Cell. In “Journal of the U.S. SJWP”, 16-31, 2008.
15. Church, George & Regis Ed. op cit. pp. 5-6.
16. Carlson, Robert H. op. cit.
17. I batteri chiamati Clostridium perfringens e Vibrio natriegens sembrano essere i duplicatori più veloci del mondo, riproducendosi in sette e dieci minuti rispettivamente.
18. Church, George & Regis Ed. op cit. p. 6.
19. Carlson, Robert H. op. cit.
20. https://www.scarabgenomics.com
21. Carlson, Robert H. op. cit.
22. Anderson, J. Christopher, et al., Environmentally Controlled Invasion of Cancer Cells by Engineered Bacteria. In “Journal of Molecular Biology”, 355, pp. 619-627, 2006.
23. Ibidem
24. Clark, William R. At War Within: The Double-Edged Sword of Immunity. Oxford University Press, New York, 1995.
25. Kolata, Gina. Clone: The Road to Dolly and the Path Ahead. William Morrow, New York, 1998 25.
26. Ibidem
27. Church, George & Regis Ed. op cit. p. 9-10.
28. Folch, J., et al. First Birth of an Animal from an Extinct Subspecies (Capra pyrenaica pyrenaica) by Cloning. In “Theriogenology”, 2009.
29. Ibidem
30. Ibidem
31. Church, George & Regis Ed. op cit. pp. 10-11.
32. Carlson, Robert H. op. cit.
33. Ibidem & Church, George & Regis Ed. op cit. p.11.
34. Carlson, Robert H. op. cit. & Church, George & Regis Ed. op. cit.
35. Church, George & Regis Ed. op. cit. 12.

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