Progetto in corso · Biologia sintetica
BioBrick
Progettiamo parti di DNA per coltivare in laboratorio organoidi più fedeli.
- la cicatrice che resta fra due parti
- 8 basi
- tagliano e uniscono le parti standard
- 4 enzimi
- il plasmide pSB1C3, per spedire le parti
- 2070 bp
- squadre in gara a iGEM, nel 2025
- 412
Per chi viene da biologia, biotecnologie, bioinformatica
Lo standard BioBrick
Un BioBrick è un pezzo di DNA con una funzione precisa, per esempio accendere un gene, e con attacchi uguali per tutti. Lo standard si chiama RFC 10: l’ha scritto Tom Knight, al MIT, nel 2003, ed è il più usato nella biologia sintetica.
Ogni parte ha lo stesso prefisso a monte e lo stesso suffisso a valle, con i siti di quattro enzimi che tagliano il DNA. Unendo due parti si ottiene una parte nuova, con lo stesso prefisso e lo stesso suffisso, che si riusa allo stesso modo, all’infinito.
Fra le due parti resta una cicatrice di 8 basi, TACTAGAG: nasce dove l’estremità tagliata da SpeI si lega a quella tagliata da XbaI, e nessuno dei due enzimi la riconosce più. Il limite è noto: nelle proteine di fusione la cicatrice sfasa la lettura del codice genetico, e lì si usano altri standard.
prefisso GAATTCGCGGCCGCTTCTAGAG
GAATTC EcoRI
GCGGCCGC NotI
TCTAGA XbaI
parte ... la sequenza con la funzione ...
suffisso TACTAGTAGCGGCCGCTGCAG
ACTAGT SpeI
GCGGCCGC NotI
CTGCAG PstI
cicatrice TACTAGAG 8 basi fra due parti montate| EcoRI | GAATTC | taglia G^AATTC, nel prefisso |
|---|---|---|
| XbaI | TCTAGA | taglia T^CTAGA, nel prefisso |
| SpeI | ACTAGT | taglia A^CTAGT, nel suffisso |
| PstI | CTGCAG | taglia CTGCA^G, nel suffisso |
| NotI | GCGGCCGC | nel prefisso e nel suffisso |
Un’unità di trascrizione
Per far produrre una proteina a una cellula servono quattro parti in fila sul DNA. Il disegno usa i simboli dello standard SBOL Visual, gli stessi in tutti i laboratori.
- 01
Promotore
Una freccia piegata: qui parte la lettura del gene. Decide quando e quanto il gene è acceso.
- 02
RBS
Una cupola sulla linea del DNA: il punto dove si aggancia il ribosoma, che costruisce la proteina.
- 03
Sequenza codificante
Una freccia piena: il gene vero e proprio, con le istruzioni della proteina.
- 04
Terminatore
Una T sulla linea: qui la lettura si ferma.
Come si montano due parti
Il metodo consigliato dal Registry di iGEM si chiama 3A assembly: tre antibiotici diversi scelgono da soli le costruzioni giuste, senza gel e senza PCR.
- 1La parte di sinistra si taglia con EcoRI e SpeI.
- 2La parte di destra si taglia con XbaI e PstI.
- 3Il plasmide di destinazione, che resiste a un terzo antibiotico, si taglia con EcoRI e PstI.
- 4Si lega tutto insieme: l’estremità di SpeI si unisce a quella di XbaI e nasce la cicatrice.
- 5Si coltiva con il terzo antibiotico: sopravvivono le costruzioni corrette, in teoria circa il 97%.
| Lunghezza | 2070 paia di basi | |
|---|---|---|
| Resistenza | cloramfenicolo | |
| Origine di replicazione | pMB1 | derivata da pUC19 |
| Copie per cellula | da 100 a 300 | |
| Terminatori | ai due lati della parte | la isolano dal resto del plasmide |
La doppia elica, in scala
Il disegno segue le misure del DNA B, la forma più comune nelle cellule. I due filamenti non stanno uno di fronte all’altro: per questo fra loro si aprono un solco largo e uno stretto.
| Paia di basi per giro | 10,5 | |
|---|---|---|
| Rotazione per paio di basi | 34,3° | |
| Salita per paio di basi | 0,332 nm | |
| Passo dell’elica | 3,32 nm | un giro completo |
| Diametro | 2 nm | |
| Solco maggiore | 2,2 nm | |
| Solco minore | 1,2 nm | |
| Verso | destrorso |
I numeri del grafico
| Tratto di DNA | Lunghezza |
|---|---|
| Una cicatrice (8 basi) | 2,7 nm |
| Una parte tipica (1000 basi) | 332 nm |
| Il plasmide pSB1C3 (2070 basi) | 687 nm |
Gli organoidi
Un organoide è un insieme di cellule di un organo che nasce da cellule staminali e si organizza da solo, come nel corpo. La definizione è di Lancaster e Knoblich, su Science, nel 2014.
Un organoide intestinale è uno strato di cellule attorno a una cavità, il lume. Verso l’esterno spuntano gemme che copiano le cripte dell’intestino, con le cellule staminali e le cellule di Paneth in fondo. Le cellule vecchie cadono nel lume, come nell’intestino vero.
Non cresce oltre qualche millimetro perché non ha vasi sanguigni: l’ossigeno arriva solo fino a 100 o 200 micrometri dalla superficie, e più all’interno le cellule muoiono.
I numeri del grafico
| Misura | Dimensione |
|---|---|
| Ossigeno senza vasi (quanto entra nel tessuto) | da 100 a 200 µm |
| Organoide intestinale (diametro tipico) | da 200 a 500 µm |
| Organoide cerebrale (i più grandi) | fino a 4 mm |
Servono a provare i farmaci. Nello studio di riferimento, con pazienti che avevano tumori gastrointestinali, la risposta degli organoidi ha previsto quella dei pazienti. Il 10 aprile 2025 la FDA americana ha annunciato un piano per ridurre i test sugli animali per alcuni farmaci, sostituendoli anche con organoidi, in un periodo da 3 a 5 anni.
I numeri del grafico
| Misura | Valore |
|---|---|
| Sensibilità (i farmaci che funzionano) | 100 % |
| Specificità (i farmaci che non funzionano) | 93 % |
| Valore predittivo positivo | 88 % |
| Valore predittivo negativo | 100 % |
Circuiti dentro le cellule
Una porta logica genetica è una piccola rete di geni. L’ingresso è una molecola, per esempio un farmaco o una tossina, che accende o spegne un promotore; l’uscita è una proteina. Con promotori attivati o repressi da proteine diverse si costruiscono AND, OR e NOT, come in un computer.
Nel 2011 colonie di Escherichia coli hanno fatto da porte NOR collegate da segnali chimici. Nel 2016 il compilatore Cello ha tradotto la descrizione di un circuito logico direttamente in una sequenza di DNA. Il nostro obiettivo è portare questa idea dentro un organoide: un circuito che riconosce un farmaco o una tossina e accende un segnale che si può misurare.
iGEM
iGEM è la gara internazionale di biologia sintetica. È nata come corso al MIT nel 2003; la prima competizione, nel 2004, aveva cinque squadre. Le parti delle squadre finiscono nel Registry, una raccolta pubblica con oltre 70.000 parti documentate.
Dal 2022 la finale, il Grand Jamboree, si tiene a Parigi. Puntiamo all’edizione del 2027, di cui la data non è ancora pubblicata.
I numeri del grafico
| Anno | Squadre |
|---|---|
| 2023 (44 paesi) | 393 squadre |
| 2024 (41 paesi) | 397 squadre |
| 2025 (44 paesi) | 412 squadre |
A che punto siamo
- Aprile 2026Abbiamo presentato il progetto a Palazzo della Borsa, davanti a università, aziende e istituzioni.
- OggiLa squadra mette insieme biologia molecolare, bioinformatica, informatica e ricerca di dottorato.
- 2027Puntiamo a iGEM, la gara internazionale di biologia sintetica: il Grand Jamboree, che dal 2022 si tiene a Parigi.
Foto
Persone del progetto
Fonti
- iGEM Registry, standard BioBrick RFC 10 e 3A assembly: parts.igem.org.
- SBOL Visual 3.0: sbolstandard.org.
- Lancaster e Knoblich, Science, 2014; Sato e colleghi, Nature, 2009.
- Vlachogiannis e colleghi, Science, 2018.
- FDA, annuncio del 10 aprile 2025 sui test animali.
- Tamsir, Tabor e Voigt, Nature, 2011; Nielsen e colleghi, Science, 2016.
- iGEM, edizioni passate: competition.igem.org.
- Presentazione del Deep-Tech Showcase, Palazzo della Borsa, 21 aprile 2026.
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