Cos'è la vita? Per la maggior parte del XX secolo, questo problema non ha riguardato molto i biologi. La vita è un termine per i poeti, non per gli scienziati, ha detto nel 2008 il biologo di sintesi Andrew Ellington, che ha iniziato la sua carriera studiando come è iniziata la vita. Nonostante le parole di Ellington, le aree correlate di origine della vita e la ricerca di astrobiologia hanno rinnovato la loro attenzione sul significato della vita. Per riconoscere un'altra forma che la vita avrebbe potuto assumere quattro miliardi di anni fa, o una forma che avrebbe potuto assumere su altri pianeti, gli scienziati devono capire cos'è, in effetti, che rende qualcosa di vivo.
La vita, tuttavia, è un obiettivo in movimento, come hanno notato da tempo i filosofi. Aristotele considerava "vita" e "vivere" concetti diversi: quest'ultimo, nel suo caso, era una raccolta di creature esistenti che abitano il nostro mondo, come cani, vicini e batteri sulla pelle. Per conoscere la vita, dobbiamo esaminare i vivi; ma la vita cambia sempre nello spazio e nel tempo. Nel cercare di definire la vita, dobbiamo considerare la vita che conosciamo e che non conosciamo. Secondo il ricercatore sull'origine della vita Pierre Luigi Luisi dell'Università di Roma Tre, c'è la vita come ora, la vita come potrebbe essere e la vita come una volta. Queste categorie indicano il dilemma affrontato dai filosofi mistici medievali. La vita, come hanno notato, è sempre molto più che vivere, e per questo, paradossalmente,non sarà mai disponibile per i vivi. A causa di questo divario tra la vita reale e la vita possibile, molte definizioni di vita si concentrano sulla sua capacità di cambiare ed evolversi, piuttosto che limitarsi a definire proprietà fisse della vita.
Si può creare la vita in un laboratorio?
All'inizio degli anni '90, mentre consigliava la NASA sulle possibilità di vita su altri pianeti, il biologo Gerald Joyce, attualmente al Salk Institute for Biological Research in California, ha contribuito a sviluppare una delle definizioni di vita più utilizzate. È conosciuta come la definizione chimica darwiniana: "La vita è un sistema chimico autosufficiente capace di evoluzione darwiniana". Nel 2009, dopo decenni di lavoro, il gruppo di Joyce ha pubblicato un articolo che descrive una molecola di RNA in grado di catalizzare la propria reazione di sintesi per creare più copie della propria. Questo sistema chimico soddisfaceva la definizione di vita di Joyce. Ma nessuno osava chiamarla viva. Il problema è che non stava facendo niente di nuovo o insolito.
"Un giorno questo genoma sarà in grado di sorprendere il suo creatore con una parola - un trucco o un nuovo passo nel gioco della quasi vita - che non si aspetta di sentire", ha scritto il New York Times sulla creazione. "Se accadesse, se accadesse a me, sarei felice", afferma il dottor Joyce. E aggiunge: "Non presumo di affermare, ma è vivo".
Joyce cerca di capire la vita generando semplici sistemi viventi in laboratorio. Nel processo, lui e altri biologi sintetici incarnano nuove specie di vita in forma vivente. Ogni tentativo di sintetizzare nuove forme di vita indica il fatto che ci sono molte più, forse infinitamente di più, possibili forme di vita. I biologi sintetici possono cambiare il modo in cui si sviluppa la vita o le capacità che si sviluppa. Il loro lavoro solleva nuove domande sulla definizione evolutiva della vita. Come categorizzare la vita che è stata cambiata, che è diventata il prodotto di un punto di svolta evolutivo, un prodotto di una rottura nella catena evolutiva?
La storia delle origini della biologia sintetica risale al 1977, quando Drew Andy, uno dei fondatori della biologia sintetica e ora professore di bioingegneria alla Stanford University in California, cercò di creare un modello computazionale della forma di vita più semplice che riuscì a trovare: il batteriofago T7, un virus che infetta i batteri. colibacillo. La testa di cristallo sulle gambe ricurve di questo virus è come un lander che atterra sulla luna e afferra un vettore batterico. Questo batteriofago è così semplice che secondo alcune definizioni non può nemmeno essere definito vivo. (Come tutti i virus, si basa sull'ingegneria molecolare della sua cellula ospite per riprodursi.) Il batteriofago T7 ha 56 geni in totale e Andy ha pensato che sarebbe stato possibile creare un modello che tenesse conto di ogni parte del fago e di come queste parti lavorano insieme:una rappresentazione ideale che predice come cambierà un fago se uno di questi geni viene rimosso o rimosso.
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Andy ha costruito una serie di mutanti del batteriofago T7 eliminando sistematicamente i geni o cambiando la loro posizione nel minuscolo genoma T7. Ma i fagi mutanti si adattano al modello per un tempo molto breve. Il cambiamento, che avrebbe dovuto portare al loro indebolimento, ha portato al fatto che la loro prole ha rotto le cellule di E. coli due volte più velocemente di prima. Non ha funzionato. Alla fine, Andy si rese conto: "Se vogliamo modellare il mondo naturale, dobbiamo riscrivere il mondo naturale in modo che venga simulato". Invece di cercare una mappa migliore, cambia il territorio. Così è nato il campo della biologia sintetica. Prendendo in prestito metodi dalla programmazione, Andy ha iniziato a "refactoring" il genoma del batteriofago T7. Ha creato il batteriofago T7.1, una forma di vita progettata per essere più facile da interpretare per la mente umana.
Phage T7.1 è un esempio della cosiddetta vita over-darwiniana: una vita che deve la sua esistenza al design umano, non alla selezione naturale. I bioingegneri come Andy vedono la vita in due modi: come una struttura fisica da un lato e come una struttura informativa dall'altro. In teoria, la rappresentazione ideale della vita dovrebbe attivare una transizione invisibile tra informazione e materia, design e realizzazione: cambiare poche lettere di DNA sullo schermo del computer, stampare un organismo secondo il tuo disegno. Con questo approccio, l'evoluzione minaccia di rovinare il design dell'ingegnere. La conservazione del design biologico può richiedere che l'organismo previsto non possa riprodursi o evolversi.
Al contrario, il desiderio di Joyce di essere sorpreso dalle sue molecole suggerisce che la capacità di aprire l'evoluzione - "intraprendente, onnipotente, illimitata" - è il criterio più importante della vita. In linea con questa idea, Joyce ora definisce la vita come un sistema genetico che contiene più bit di informazioni del numero necessario per farlo funzionare. Ma secondo questa definizione, se prendiamo due sistemi identici con storie diverse - uno progettato e l'altro sviluppato - solo quest'ultimo sarà considerato vivo; un sistema progettato razionalmente, indipendentemente dalla sua complessità, sarà semplicemente un "artefatto tecnologico".
Il design e l'evoluzione non sono sempre contrapposti. Molti progetti di biologia sintetica utilizzano una miscela di design razionale ed evoluzione diretta: costruiscono una serie di cellule mutanti - in diverse versioni - e scelgono quella migliore. Sebbene la nuova visione della vita di Joyce includa l'evoluzione, richiede anche un'apparizione improvvisa piuttosto che un lungo sviluppo darwiniano. La vita emergente si inserisce in una cultura di innovazioni improvvise, le cui idee includono l'aspetto magico di un bocciolo funzionante da una stampante 3D. Design ed evoluzione sono compatibili anche se i bioingegneri vedono la diversità genetica come un tesoro di elementi di design per le future forme di vita.
Per alcuni biologi sintetici, il percorso verso ciò che i mistici chiamano vita oltre la vita - che trascende la vita così come la conosciamo - è attraverso l'ingegneria biologica. Andy descrive la sua vocazione in termini di desiderio di contribuire alla vita, di generare nuovi tipi di "modelli incredibili che fioriranno ed esisteranno". Joyce contrappone la vita e la tecnologia a una tendenza termodinamica fondamentale verso il disordine e il decadimento. Quali nuove forme riceverà la vita? Il tempo lo dirà.
Ilya Khel
