Scienza

Gli scienziati di Harvard hanno inserito un’immagine nel Dna di un batterio

Il gruppo di genetisti guidati da Seth L. Shipman è riuscito a salvare un filmato nel codice genetico di un organismo vivente, l’Escherichia. Una scoperta che renderà possibile produrre cellule che registrino dall’interno come cambiano gli organi

Il suo primo supporto è stata una lastra fotografica. L’ultimo, una sequenza di Dna. Una delle prime prove di immagine in movimento, la celebre sequenza di un cavallo in corsa realizzata dallo statunitense Eadweard Muybridge, è stata infatti inserita in un frammento del Dna di un batterio. L’esperimento è stato condotto da una squadra di ricercatori della scuola di Medicina della Harvard University guidati dal genetista Seth L. Shipman, e i suoi risultati sono stati pubblicati la scorsa settimana sulla rivista Nature.

L’immagine del cavallo in movimento. Illustrazione di Muybridge

Il primo test su un organismo vivente

In passato altri esperimenti avevano già dimostrato che il Dna si può usare come un archivio per i dati, ma in quei casi il Dna utilizzato era sintetico, cioè prodotto in laboratorio per quello scopo: quello di un organismo vivente è meno stabile perché si modifica in continuazione. Il gruppo di Shipman è invece riuscito a inserire dei dati nel patrimonio genetico di un batterio, aprendo una nuova strada al modo in cui potremo archiviare le informazioni. La speranza è che questa tecnica possa essere sfruttata anche per creare un dispositivo con cui registrare dall’interno l’evoluzione delle cellule.

Sfruttare il sistema di difesa del batterio

I ricercatori hanno usato il batterio Escherichia coli, un organismo formato da una sola cellula che è presente nell’intestino umano e in quello di molti altri mammiferi, e serve a facilitare la digestione e l’assimilazione delle sostanze nutritive. Per inserire nel suo Dna i dati – il filmato del cavallo e la fotografia di una mano – hanno utilizzato il sistema con cui il batterio si difende dagli attacchi esterni. Il processo si chiama Crispr e già in un esperimento del 2016 il team di Shipman aveva dimostrato che grazie a esso si possono trasferire delle informazioni all’interno delle cellule. Il funzionamento di Crispr si può riassumere in questo modo: grazie a due proteine (chiamate Cas1 e Cas2), il sistema immunitario del batterio preleva una parte del Dna del virus che lo ha attaccato e le inserisce nel proprio codice genetico allo scopo di conservarne la memoria nel caso di un nuovo attacco.

Il batterio Escherichia Coli. Foto: Niaid

Come imprimere un’informazione nel Dna

Nel corso dell’esperimento, Shipman e i suoi colleghi hanno usato i nucleotidi, cioè i mattoncini di cui è composto il Dna, per creare un codice corrispondente ai pixel del filmato e della foto, cioè i quadratini che formano le immagini digitali. Questo pezzetto di codice genetico è stato poi inserito nel batterio per mezzo di una piccola scossa elettrica, necessaria per superare la resistenza della membrana. Il sistema immunitario della cellula l’ha identificato e l’ha incorporato nel proprio, agendo esattamente allo stesso modo di quando ha a che fare con un virus. Il secondo passo è stato quello di controllare se i dati fossero stati conservati in modo corretto. I ricercatori hanno utilizzato un software che ha sequenziato il codice genetico inserito nella cellula, ne ha estratto i dati e li ha riprodotti: le immagini sono state ricostruite con una precisione di circa il 90 per cento. Inoltre, dopo che le informazioni erano state inserite nel suo codice genetico, il batterio ha continuato a vivere, e a riprodursi creando altre cellule che all’interno del loro Dna contenevano i dati corrispondenti alle immagini.

Le prime immagini dell’umanità

La scelta delle immagini da inserire nel batterio non è stata casuale: i ricercatori, ha detto Shipman, volevano usare «alcune delle prime immagini che l’umanità ha lasciato nell’ambiente naturale», come le impronte delle mani disegnate sulle pareti di alcune grotte. Anche la sequenza del cavallo che corre fotografata da Muybridge è una delle prime immagini in movimento mai registrate, realizzata prima della nascita ufficiale del cinematografo e utilizzando una tecnica che all’epoca era ai suoi albori. «Abbiamo pensato che stavamo codificando delle informazioni nell’ambiente in un modo nuovo, e che avremmo dovuto usare qualcosa che era stato già provato e verificato», ha spiegato ancora Shipman.

Il sistema messo a punto dai ricercatori per ora permette di inserire una quantità limitata di dati: la risoluzione a cui il filmato è stato ridotto è infatti di soli 36 x 36 pixel. Nel Dna creato in laboratorio, invece, si possono inserire molte informazioni in più, ad esempio interi libri o film. Tuttavia, questo esperimento è importante perché per la prima volta ha dimostrato che è possibile conservare informazioni esterne in un organismo vivente.

Registrare tutta la vita di un neurone

Per Shipman e il suo team, il prossimo obiettivo è cercare di riuscire a far funzionare questa procedura di inserimento dei dati nel Dna anche in altri tipi di cellule, e creare dei dispositivi che possano memorizzare le informazioni biologiche relative alla loro evoluzione. La sfida più interessante è quella dello studio del cervello: uno dei principali problemi che da sempre si pone agli scienziati che lavorano su questo aspetto è la difficoltà di ottenere dati precisi, perché spesso il processo di misurazione interferisce con l’attività cerebrale. «Se riuscissimo a creare cellule che registrano le informazioni all’interno del cervello l’intero organo potrebbe continuare a svilupparsi e noi potremmo estrarre i dati una volta che il processo si è concluso», è la conclusione di Shipman. La speranza, quindi, è quella di poter un giorno «seguire tutto lo sviluppo di un neurone a partire da una cellula staminale».

L’app che trova e ti mette in contatto con l’avvocato giusto | JustAvv

Il ceo Mariano Spalletti entra nel dettaglio della piattaforma online che dà la possibilità agli utenti di trovare l’avvocato adatto per risolvere ogni tipo di problema legale

A colloquio con gli insegnanti via Skype, l’idea di un Liceo Classico di Cosenza

Il dirigente scolastico Antonio Iaconianni spiega a StartupItalia! i dettagli di questa iniziativa che punta a modernizzare il liceo classico Telesio. E semplificare il rapporto tra famiglie e scuola sfruttando la tecnologia