Un team di scienziati guidati dall'Università di Southampton ha dimostrato un nuovo metodo rivoluzionario di sintesi genica, uno strumento di ricerca vitale con applicazioni reali in tutto, dalla coltivazione di organi trapiantabili allo sviluppo di trattamenti per il cancro.

Gli attuali metodi per sintetizzare i geni fanno ampio uso di enzimi (catalizzatori biologici naturali) per collegare brevi filamenti di DNA per formare i filamenti più grandi che costituiscono i geni.

Questi metodi sono stati usati per assemblare filamenti di DNA molto lunghi, come il genoma di un organismo (il suo intero set di geni), ma sono limitati a causa della loro dipendenza dagli enzimi. Uno dei principali difetti è che non consentono l'incorporazione in siti specifici sul DNA di informazioni epigenetiche - uno strato secondario di informazioni genetiche che controlla l'espressione (l'"accensione" o "spegnimento") dei geni nelle cellule.

L'informazione epigenetica gioca un ruolo importante in diversi processi biologici, comprese malattie come il cancro, il che significa che l'accesso a geni modificati epigeneticamente è fondamentale per una migliore comprensione della malattia e dei suoi potenziali trattamenti.

In uno studio pubblicato oggi [lunedì 11 settembre] sulla rivista Chimica della natura , scienziati dell'Università di Southampton, in collaborazione con partner dell'Università di Oxford e ATDBio (azienda di sintesi del DNA con sede a Southampton e Oxford), dimostrare un metodo puramente chimico per l'assemblaggio genico che supera i limiti dei metodi esistenti.

Il nuovo approccio si basa su una reazione chimica rapida ed efficiente (la reazione di cicloaddizione alchino-azide catalizzata da rame) nota come chimica click per unire più frammenti di DNA modificati in un gene (un processo chiamato legatura del DNA click).

Il DNA click-linking crea "cicatrici" nella spina dorsale del DNA, ma il lavoro precedente del team ha dimostrato che la funzione del filamento di DNA risultante nei batteri e nelle cellule umane non è influenzata.

Alì Tavassoli, Professore di Biologia Chimica presso l'Università di Southampton, che ha condotto lo studio, ha dichiarato:"Il nostro approccio è una svolta significativa nella sintesi genica. Non solo abbiamo dimostrato l'assemblaggio di un gene utilizzando la chimica del clic, abbiamo anche dimostrato che il filamento di DNA risultante è completamente funzionale nei batteri, nonostante le cicatrici formate dall'unione di frammenti.

"La sintesi del genoma svolgerà un ruolo sempre più importante nella ricerca scientifica. Riteniamo che il nostro approccio puramente chimico abbia il potenziale per accelerare significativamente gli sforzi in questo settore di vitale importanza, e infine portare a una migliore comprensione dei sistemi biologici."

L'approccio chimico significa anche che la sintesi di grandi filamenti di DNA potrebbe essere notevolmente accelerata e consentire la produzione di quantità maggiori di un singolo gene. Potrebbe anche consentire l'automazione del processo, potenzialmente riducendo i tempi e i costi coinvolti.

Il coautore dello studio, il professor Tom Brown, dell'Università di Oxford, che è anche professore in visita presso l'Università di Southampton, ha commentato:"La sintesi di geni modificati chimicamente, che abbiamo raggiunto con un approccio radicalmente nuovo, diventerà sempre più importante man mano che gli effetti del DNA epigeneticamente modificato sull'espressione genica diventeranno chiari.

"Abbiamo iniziato il lavoro di base sulla legatura dei clic più di 10 anni fa, quindi è molto soddisfacente essere ora nella fase in cui possiamo dimostrare questo nuovo approccio praticabile e altamente efficace alla sintesi genica".