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Ecco il primo batterio cyborg, controllato da un computer

Un team di ricercatori del Politecnico di Zurigo ha modificato un batterio Escherichia Coli, in modo che potesse percepire la luce rossa e verde, e comunicare così con un computer

Un organismo vivente la cui crescita può essere controllata in modo completamente automatico da un computer, attraverso la luce. Non si tratta di fantascienza, ma del primo batterio cyborg sviluppato da un team di ricercatori del Politecnico di Zurigo, che ha descritto questa creatura in uno studio pubblicato sulla rivista Nature Communications.

Per arrivare a questo risultato, gli scienziati hanno modificato geneticamente il batterio Escherichia coli, un microorganismo usato frequentemente nei laboratori di tutto il mondo, in modo che potesse essere controllato dalla luce. Nel suo Dna sono stati inseriti i geni dei cianobatteri, che sono in grado di regolare il loro metabolismo in risposta alla luce e, come le piante, anche di utilizzarne l’energia per la fotosintesi. In questo modo, grazie all’optogenetica, che combina tecniche ottiche e genetiche, i ricercatori sono riusciti a raggiungere una certa precisione nella regolazione dei livelli di espressione di metionina, un amminoacido essenziale per la crescita batterica che viene prodotto da un enzima.

Quando il computer illuminava la coltura di E. coli con una luce rossa, i batteri smettevano di produrre metionina e, di conseguenza, crescevano più lentamente. Al contrario, se venivano illuminati con una luce verde, i batteri crescevano più rapidamente perché veniva stimolata la produzione dell’aminoacido. Con l’aiuto del sistema di controllo ottico computerizzato, che permetteva al computer di verificare in tempo reale la velocità di proliferazione della colonia batterica, gli scienziati hanno potuto influenzarne la crescita in maniera molto precisa, secondo una curva prestabilita. In questo modo è nato il primo batterio cyborg, una creatura in parte macchina (il computer) e in parte essere vivente (il batterio, o meglio la colonia batterica).

Il sistema inoltre si è rivelato anche estremamente flessibile. I ricercatori, infatti, hanno testato la capacità dei batteri cyborg di reagire a cambiamenti improvvisi e rapidi nell’ambiente, ad esempio modificando la composizione nutrizionale della coltura batterica e la temperatura durante il corso dell’esperimento. In tutti i casi, il sistema ha dimostrato di essere particolarmente efficace nell’adattarsi a questo genere di cambiamenti. “Tutto questo è stato possibile perché abbiamo usato algoritmi di controllo basati su feedback avanzati per il processo di regolazione – spiega Mustafa Khammash, professore di Control Theory and Systems Biology, nonché coordinatore dello studio – proprio come quelli utilizzati negli aerei passeggeri per mantenere una quota di volo costante”.

Per il momento, i batteri e il computer hanno “comunicato” solo tramite una luce rossa e verde, con l’obiettivo di controllare l’attività di un singolo enzima. Tuttavia, come suggerisce Khammash, “si potrebbe immaginare un ulteriore sviluppo della nostra ricerca in cui l’aggiunta di altri colori potrebbe permettere una forma più complessa di controllo”. In questo modo, potrebbe essere possibile controllare diversi enzimi contemporaneamente con l’obiettivo di aiutare a ottimizzare la produzione biotecnologica di molecole.