Modifica del genoma umano, Organi sostitutivi stampati in 3D e fotosintesi artificiale:il campo della bioingegneria offre grandi promesse per affrontare le principali sfide che la nostra società deve affrontare. Ma come evidenzia un nuovo articolo uscito oggi, questi sviluppi offrono sia opportunità che rischi a breve e lungo termine.

Rapidi sviluppi nel campo della biologia sintetica e dei suoi strumenti e metodi associati, comprese le tecniche di editing genetico più ampiamente disponibili, hanno sostanzialmente aumentato le nostre capacità per la bioingegneria - l'applicazione di principi e tecniche dall'ingegneria ai sistemi biologici, spesso con l'obiettivo di affrontare i problemi del "mondo reale".

In un rapporto pubblicato sulla rivista ad accesso aperto eLife , un team internazionale di esperti guidato dalla dott.ssa Bonnie Wintle e dal dott. Christian R. Boehm del Centro per lo studio del rischio esistenziale dell'Università di Cambridge, cogliere le prospettive dell'industria, innovatori, studiosi, e la comunità della sicurezza nel Regno Unito e negli Stati Uniti su quelli che considerano i principali problemi emergenti nel campo.

Il dott. Wintle afferma:"La crescita della bioeconomia offre la promessa di affrontare le sfide ambientali e sociali globali, ma come mostra il nostro documento, può anche presentare nuovi tipi di sfide e rischi. Il settore deve procedere con cautela per garantire che possiamo raccogliere i benefici in modo sicuro".

Il rapporto è inteso come una sintesi e un punto di partenza per i responsabili politici in una vasta gamma di settori per esplorare ulteriormente quelle questioni che potrebbero essere rilevanti per loro.

Tra le questioni evidenziate dal rapporto come più rilevanti nei prossimi cinque anni ci sono:

• Fotosintesi artificiale e cattura del carbonio per la produzione di biocarburanti - Se gli ostacoli tecnici possono essere superati, tali sviluppi potrebbero contribuire alla futura adozione di sistemi di cattura del carbonio, e fornire fonti sostenibili di prodotti chimici e combustibili di base.
• Fotosintesi potenziata per la produttività agricola - La biologia sintetica può essere la chiave per aumentare i raccolti sui terreni attualmente coltivati ​​- e quindi aiutare ad affrontare la sicurezza alimentare - migliorando la fotosintesi e riducendo le perdite pre-raccolta, oltre a ridurre gli sprechi post-raccolta e post-consumo.
• Unità genetiche sintetiche - Le unità genetiche promuovono l'eredità dei tratti genetici preferiti in tutta una specie, ad esempio per prevenire la riproduzione delle zanzare che trasmettono la malaria. Però, questa tecnologia solleva interrogativi sul fatto che possa alterare gli ecosistemi, potenzialmente anche creando nicchie in cui una nuova specie portatrice di malattie o un nuovo organismo patogeno può prendere piede.
• Modifica del genoma umano - Le tecnologie di ingegneria del genoma come CRISPR/Cas9 offrono la possibilità di migliorare la durata della vita e la salute umana. Però, la loro attuazione pone grandi dilemmi etici. È possibile che individui o stati con i mezzi finanziari e tecnologici possano scegliere di fornire vantaggi strategici alle generazioni future.
• Ricerca delle agenzie per la difesa nell'ingegneria biologica -Le aree della biologia sintetica in cui investono alcune agenzie per la difesa aumentano il rischio di 'dual-use'. Per esempio, un programma intende utilizzare gli insetti per diffondere virus vegetali ingegnerizzati che conferiscono tratti alle piante bersaglio di cui si nutrono, con l'obiettivo di proteggere le colture da potenziali agenti patogeni delle piante, ma tali tecnologie potrebbero essere plausibilmente utilizzate anche da altri per danneggiare gli obiettivi.

Nei prossimi cinque-dieci anni, gli autori hanno identificato aree di interesse tra cui:

• Medicina rigenerativa:stampa 3D di parti del corpo e ingegneria dei tessuti - Anche se questa tecnologia allevierà senza dubbio la sofferenza causata da lesioni traumatiche e una miriade di malattie, invertire il decadimento associato all'età è ancora irto di questioni etiche, preoccupazioni sociali ed economiche. I sistemi sanitari verrebbero rapidamente sovraccaricati dal costo di reintegrare le parti del corpo dei cittadini man mano che invecchiano e potrebbero guidare nuove classi socioeconomiche, poiché solo coloro che possono pagare da soli tali cure possono prolungare i loro anni sani.
• Terapie basate sul microbioma - Il microbioma umano è implicato in un gran numero di disturbi umani, dal Parkinson al cancro al colon, così come condizioni metaboliche come l'obesità e il diabete di tipo 2. Gli approcci di biologia sintetica potrebbero accelerare notevolmente lo sviluppo di terapie basate sul microbiota più efficaci. Però, esiste il rischio che il DNA di microbi geneticamente modificati possa diffondersi ad altri microbioti nel microbioma umano o nell'ambiente più ampio.
• Intersezione tra sicurezza delle informazioni e bioautomazione - I progressi nella tecnologia di automazione combinati con tecniche ingegneristiche più veloci e affidabili hanno portato alla nascita di "laboratori cloud" robotici in cui le informazioni digitali vengono trasformate in DNA e poi espresse in alcuni organismi bersaglio. Questo apre la possibilità di nuovi tipi di minacce alla sicurezza delle informazioni, che potrebbe includere la manomissione di sequenze di DNA digitale che portano alla produzione di organismi nocivi, e sabotare la produzione di vaccini e farmaci attraverso attacchi a database o apparecchiature di sequenze di DNA critiche.

A lungo termine, i problemi identificati includono:

• Nuovi produttori sconvolgono i mercati farmaceutici - I bio-laboratori comunitari e le startup imprenditoriali stanno personalizzando e condividendo metodi e strumenti per esperimenti e ingegneria biologica. In combinazione con modelli di business aperti e tecnologie open source, questo potrebbe preannunciare opportunità per la produzione di terapie su misura per le malattie regionali che le multinazionali farmaceutiche potrebbero non trovare redditizie. Ma ciò solleva preoccupazioni per la potenziale interruzione dei mercati manifatturieri esistenti e delle catene di approvvigionamento delle materie prime, nonché timori per una regolamentazione inadeguata, controllo della qualità del prodotto meno rigoroso e uso improprio.
• Tecnologie della piattaforma per affrontare le pandemie di malattie emergenti - Le malattie infettive emergenti, come le recenti epidemie di virus Ebola e Zika, e i potenziali attacchi di armi biologiche richiedono scalabili, diagnosi e trattamento flessibili. Le nuove tecnologie potrebbero consentire la rapida identificazione e sviluppo di candidati vaccini, e sistemi di produzione di anticorpi a base vegetale.
• Cambiamento dei modelli di proprietà nelle biotecnologie - L'aumento dei brevetti off-brevetti, strumenti generici e l'abbassamento delle barriere tecniche per la biologia ingegneristica ha il potenziale per aiutare coloro che si trovano in contesti con poche risorse, beneficiare dello sviluppo di una bioeconomia sostenibile basata sui bisogni e sulle priorità locali, in particolare dove i nuovi progressi vengono resi aperti agli altri su cui costruire.

La dott.ssa Jenny Molloy commenta:"Un tema emerso ripetutamente è stato quello della disuguaglianza nell'accesso alla tecnologia e ai suoi vantaggi. L'ascesa dell'open source, strumenti fuori brevetto potrebbero consentire un'ampia condivisione delle conoscenze nel campo dell'ingegneria biologica e aumentare l'accesso ai benefici per coloro che vivono nei paesi in via di sviluppo".

Il professor Johnathan Napier di Rothamsted Research aggiunge:"Le sfide contenute negli obiettivi di sviluppo sostenibile richiederanno ogni sorta di idee e innovazioni per fornire risultati significativi. In agricoltura, siamo sulla soglia di nuovi paradigmi per come e cosa cresciamo, e dove. Dimostrare l'equità e l'utilità di tali approcci è fondamentale per garantire l'accettazione pubblica e anche per produrre un impatto significativo".

Il dott. Christian R. Boehm conclude:"Man mano che queste tecnologie emergono e si sviluppano, dobbiamo garantire la fiducia e l'accettazione del pubblico. Le persone potrebbero essere disposte ad accettare alcuni dei benefici, come lo spostamento della proprietà dalle grandi imprese a una scienza più aperta, e la capacità di affrontare i problemi che colpiscono in modo sproporzionato il mondo in via di sviluppo, come la sicurezza alimentare e le malattie. Ma procedere senza le adeguate precauzioni di sicurezza e il consenso della società, qualunque siano i benefici per la salute pubblica, potrebbe danneggiare il campo per molti anni a venire".