Biologia di sintesi
Reingegnerizzare la biologia per risolvere alcuni dei problemi più urgenti del mondo.
Cos’è la biologia di sintesi?
“Biologia di sintesi” è un termine ampio che si riferisce alla manipolazione dei pathway metabolici per indurre i microbi a produrre proteine in modo altamente prevedibile attraverso l’uso di principi di ingegnerizzazione, come l’approccio Design-Build-Test-Learn (DBTL). A volte vengono modificati singoli geni, altre volte interi genomi per ottenere le caratteristiche desiderate.
La biologia di sintesi è un campo interdisciplinare che combina i principi della biologia, dell’ingegnerizzazione e dell’informatica per progettare e costruire parti, dispositivi e sistemi biologici con nuove funzioni o capacità. Ha le potenzialità per incidere sulle applicazioni accademiche e industriali, compresa la creazione di nuovi composti terapeutici e vaccini, la botanica e i biocarburanti. L’attenzione è spesso rivolta alla generazione, alla caratterizzazione e all’isolamento di parti di sistemi biologici naturali prima di utilizzarli come componenti di un percorso biologico ingegnerizzato.
Vantaggi della biologia di sintesi
Il concetto di economia basata sulla biologia è alla base della visione di un futuro sostenibile alimentato dalla biologia sintetica. Questa economia si basa su risorse biologiche rinnovabili per produrre cibo, materiali ed energia, riducendo la dipendenza dai combustibili fossili e minimizzando l’impatto ambientale. Trasformando il modo in cui produciamo e consumiamo le risorse, la biologia sintetica ha il potenziale per creare economie più sostenibili e resilienti.
La biologia di sintesi rappresenta un approccio trasformativo per risolvere alcune delle sfide più urgenti del mondo. Sfruttando i principi dell’ingegnerizzazione genetica e della biologia, questo settore offre soluzioni innovative che possono favorire il progresso nel campo della sanità, della produzione alimentare e della sostenibilità ambientale.
Per cosa è utilizzata la biologia di sintesi?
L’essenza della biologia di sintesi risiede nella sua capacità di ingegnerizzare la vita al suo livello più fondamentale, permettendoci di reimmaginare e ricreare sistemi biologici con precisione e finalità senza precedenti. Dal rapido sviluppo di vaccini in grado di arrestare le pandemie alla creazione di carne coltivata che riduce il carico ambientale dell’agricoltura tradizionale, la biologia di sintesi sta rivoluzionando il modo in cui affrontiamo i problemi e sviluppiamo le soluzioni.
Per un approfondimento sui più recenti progressi e sulle applicazioni di CRISPR-Cas9 nella ricerca e nel trattamento delle malattie, leggete il blog e sintonizzatevi sul recente episodio del podcast “Revisione dei target farmacologici” di Molecular Devices, con la partecipazione del Dr. Pietro De Angeli dell’Istituto per la ricerca oftalmica dell’Ospedale Universitario di Tubinga e del Dr. Maarten del Princess Maxima Center.
Assistenza sanitaria
La biologia di sintesi sta rivoluzionando l’assistenza sanitaria consentendo lo sviluppo di nuove terapie e vaccini. Ad esempio, i batteri e i virus ingegnerizzati possono essere utilizzati per fornire geni terapeutici ai pazienti, mentre le tecniche di biologia di sintesi vengono impiegate per produrre in modo più efficiente farmaci biologici complessi.
Oltre ai vaccini, la biologia di sintesi viene utilizzata anche per sviluppare nuove terapie per le malattie genetiche. Ad esempio, la tecnologia CRISPR-Cas9 si è dimostrata promettente nel correggere le mutazioni genetiche che causano malattie come l’anemia falciforme e la fibrosi cistica. Modificando con precisione il DNA delle cellule colpite, i ricercatori possono potenzialmente curare queste malattie alla loro radice genetica. Questo non solo migliora la qualità della vita delle persone affette da queste condizioni, ma riduce anche i costi sanitari a lungo termine associati alla gestione delle malattie croniche.
Produzione alimentare sostenibile
Ingegnerizzando i microrganismi per produrre ingredienti alimentari, la biologia di sintesi può contribuire ad affrontare la scarsità di cibo e a ridurre l’impatto ambientale dell’agricoltura tradizionale. La carne coltivata, prodotta facendo crescere le cellule animali in laboratorio, è un’applicazione promettente che potrebbe ridurre in modo significativo la necessità di allevare bestiame e i relativi carichi ambientali. Coltivando le cellule animali in un ambiente di laboratorio, i ricercatori possono produrre carne senza dover allevare e macellare il bestiame. Questo approccio riduce in modo significativo le emissioni di gas serra, l’uso del suolo e il consumo di acqua associati alla produzione di carne convenzionale.
Oltre alla carne coltivata, la biologia di sintesi viene utilizzata per ingegnerizzare i microrganismi per produrre ingredienti alimentari come proteine, aromi e vitamine. Questi ingredienti basati sulla biologia possono essere prodotti in modo più sostenibile e con meno risorse rispetto ai metodi agricoli tradizionali. Ad esempio, la fermentazione di precisione può produrre proteine e altri nutrienti su ampia scala, contribuendo a un sistema alimentare più resiliente e sostenibile.
Guarda il webinar on-demand “Dal laboratorio alla tavola: promuovere la sostenibilità alimentare globale”, per maggiori informazioni sulla produzione alimentare sostenibile.
Gestione ambientale
La biologia di sintesi può anche contribuire alla sostenibilità ambientale attraverso lo sviluppo di materiali a base biologica e il biorisanamento degli agenti inquinanti. I microrganismi ingegnerizzati possono essere progettati per abbattere le tossine ambientali o produrre plastiche biodegradabili, offrendo alternative più ecologiche ai processi industriali convenzionali.
Automazione della biologia sintetica…
L’APPROCCIO DESIGN-BUILD-TEST-LEARN (DBTL)
Uno dei concetti fondamentali della biologia di sintesi è il concetto dei “mattoni biologici”, sequenze di DNA standardizzate che possono essere assemblate in varie combinazioni per realizzare costrutti genetici. Seguendo l’approccio del ciclo DBTL (Design-Build-Test-Learn [progettazione-costruzione-test-apprendimento]), la biologia di sintesi consente l’ingegnerizzazione sistematica e prevedibile dei sistemi biologici, in modo simile a quello in cui i componenti elettronici vengono utilizzati per creare circuiti complessi
AUTOMATIZZARE IL FLUSSO DI LAVORO DELLA BIOLOGIA DI SINTESI
Le applicazioni di biologia di sintesi ad alto rendimento trarranno grande vantaggio dall’aumento della produttività di un sistema di prelievo di colonie microbiche controllato da robot, come il nostro sistema di prelievo di colonie microbiche QPix Microbial Colony Picker, che preleva fino a 30.000 colonie al giorno con tracciamento automatico dei dati di prelievo e gestione del database. Può essere integrato in un flusso di lavoro molecolare end-to-end, consentendo agli utenti di ottenere una maggiore produttività e un maggior tempo di esecuzione.
Applicazioni e risorse della biologia di sintesi
La biologia di sintesi consente di progettare e costruire sistemi biologici su misura con le funzionalità desiderate.