Penso che tutti voi ricordiate come nel film "Jurassic Park", gli scienziati estrassero il DNA dei dinosauri dalle gocce d'ambra in cui era rimasto protetto per milioni di anni.
Nota. La non idoneità di tale veicolo per tempi così lungo è stata già discussa in questo blog nell'articolo "Pietra tombale sui sogni di Jurassic Park".
Ispirandosi in parte a quel film, i ricercatori del MIT hanno sviluppato il metodo T-Rex (Thermoset-REinforced Xeroconservation) che si basa sull'utilizzo diun polimero vetroso, simile all'ambra, utilizzabile per la conservazione di lungo periodo del DNA, sia esso derivante da biopsie, interi genomi oppure come veicolo per l'immagazzinamento di file digitali tipo foto o musica.
Informazioni digitali e DNA? vedi l'articolo "DNA come memoria digitale del futuro"
In laboratorio, la conservazione del DNA per lunghi periodi avviene a temperature tra i -20C e -80C, condizioni che implicano un notevole consumo di energia e che rende lo stoccaggio problematico o impossibile in alcune parti del mondo. Grazie ad un polimero simile all'ambra, un gruppo di ricercatori ha dimostrato come sia possibile conservare il DNA (sia esso genomico che frammenti creati per immagazzinare informazioni digitali) per un tempo ragionevole anche in condizioni ambientali estreme, per temperatura e umidità.
Cosa ancora più importante il polimero in cui intrappolare il DNA è stato creato in modo da potere essere facilmente eliminato quando si vuole recuperare il DNA.
Lo studio è stato pubblicato sul Journal of American Chemical Society e il team di ricerca ha fondato una start up (spin off del MIT) di nome evocativo Cache DNA.
Il retroterra dello studio
Il DNA è una molecola molto stabile che veicola le informazioni genetiche. Di recente alcuni ricercatori hanno pensato di sfruttare il suo enorme potenziale di stoccaggio dati per archiviare informazioni digitali, siano esse testo, foto o musica, come una serie di 0 e 1. L'informazione binaria può in effetti essere trasferita nel DNA utilizzando i quattro nucleotidi che compongono il codice genetico (A, T, C e G), ad esempio G e C potrebbero essere usati per rappresentare 0 mentre A e T per 1.
Giusto per dare l'idea, immaginate di avere una tazza (tipo per le mug) e di riempirla con DNA, la quantità di informazione veicolata da tutto questo materiale sarebbe superiore a tutti i dati digitali mondiali
Mentre la teoria del trasferimento delle informazioni digitali nel DNA non è una novità, i ricercatori hanno cercato di ottimizzare il processo inserendo dei tag (bandierine identificative) nella resina sviluppata in modo da facilitare l'archiviazione e il recupero mirato anche partendo da uno stoccaggio misto. Il problema era che per "solubilizzare" il polimero era necessario usare l'acido fluoridrico, molto tossico.
Alla ricerca di materiali di stoccaggio alternativi, è stato sviluppato un tipo di polimero (in realtà un mix di polimeri, chiamato polistirene reticolato) che solidifica dopo il riscaldamento, quindi un materiale perfetto in cui inglobare il DNA. Cosa ancora più importante, il polimero contiene legami pensati per essere rotti in modo selettivo con trattamenti mirati (e meno tossici) quando si decide di recuperare il DNA.
Nel dettaglio i monomeri dello stirene e i reticolanti vengono copolimerizzati con monomeri chiamati tionolattoni. I legami possono essere rotti al bisogno mediante trattamento con una molecola chiamata cisteamina.
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| Image credit: Elisabeth Prince et al (2024) |
Tale materiale termoindurente ha anche il pregio di essere idrofobo così da impedire all'umidità di penetrare e danneggiare il DNA.
Per "catturare" il DNA (molecole idrofila a carica negativa) nello stirene (idrofobo) i ricercatori hanno usato una combinazione di tre monomeri (i mattoni di un polimero) in grado di "solubilizzare" il DNA e di farlo interagire con lo stirene. Ciascun monomero ha caratteristiche diverse dalla cui azione combinata si ottiene una sorta di "salting-out" del DNA (uscita dalla fase acquosa) che dà luogo a complessi sferici tipo micelle invertite (parte idrofila interna che interagisce con il DNA e parte idrofoba esterna che interagisce con lo stirene)
Una volta riscaldata, questa soluzione diventa un blocco solido simile al vetro, in cui è racchiuso il DNA.
Per ora il processo di inclusione necessita di qualche ora ma è più che probabile che l'ottimizzazione futura del processo abbasserà notevolmente il tempo richiesto
Per recuperare il DNA si procede al trattamento con cisteamina, che rompe il blocco liberando pezzi minuscoli, seguito dal trattamento con un detergente classico come il SDS che permette di recuperare il DNA senza danneggiarlo.
Test finale per confermare la validità del metodo è stato il sequenziamento del DNA allo scopo di verificare l'assenza di errori, caratteristica fondamentale di qualsiasi sistema di archiviazione di dati digitali.
Il polimero termoindurente si è dimostrato capace di proteggere il DNA fino a 75C.
Il nome del metodo è T-Rex, pare quantomeno appropriato data la robustezza dello stesso
Fonte
- Reversible Nucleic Acid Storage in Deconstructable Glassy Polymer Networks
Elisabeth Prince et al, J. (2024) Am. Chem. Soc. 146, 25, 17066–17074
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| Che dire? Di sicuro una lampada evocativa (chiaramente non è ambra) Image: Amazon |
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