L’evoluzione ha sempre avuto un problema di tempistiche: troppo lenta per le nostre esigenze mediche urgenti. E se potessimo accelerare questo processo molecolare mantenendo tutta la sua precisione? Dei ricercatori australiani hanno trovato la soluzione con PROTEUS, un sistema che fa evolvere proteine nelle cellule di mammifero in poche settimane.
Pubblicato su Nature Communications, questo approccio molecolare apre scenari impensabili: farmaci che si adattano perfettamente al nostro organismo, terapie geniche più sicure e anticorpi che rilevano danni al DNA. Ma procediamo con ordine.
Il sistema molecolare che riprogramma l’evoluzione
Greg Neely e il suo team dell’Università di Sydney hanno sviluppato quello che definiscono un sistema di “intelligenza artificiale biologica”. PROTEUS (PROTein Evolution Using Selection) utilizza virus modificati per introdurre mutazioni controllate nelle proteine, selezionando solo quelle con caratteristiche desiderate. Il processo molecolare funziona come un motore di ricerca biologico: date le specifiche di quello che serve, il sistema esplora milioni di possibilità genetiche mai esistite prima.
La novità sta nel contesto: mentre l’evoluzione diretta tradizionale funziona in batteri o lieviti, PROTEUS opera direttamente nelle cellule di mammifero. Questo significa che le proteine evolute sono già ottimizzate per funzionare nel nostro organismo, eliminando il rischio che molecole promettenti in laboratorio si rivelino inutili nell’essere umano.
Come funziona l’evoluzione molecolare artificiale
Daniel Hesselson del Centenary Institute, co-autore senior dello studio, spiega che l’evoluzione molecolare artificiale utilizza vescicole virali, cioè piccoli “sacchetti” con membrana derivati da virus modificati, che funzionano come mezzi di trasporto per portare un gene dentro le cellule. All’interno della cellula, enzimi specializzati introducono mutazioni casuali nel gene.
Se una mutazione migliora la funzione della proteina prodotta, quella versione viene selezionata e si diffonde. In questo modo si accelera l’evoluzione per ottenere rapidamente molecole migliori, in modo sicuro e controllato.
Test molecolari con risultati promettenti
I primi esperimenti hanno prodotto risultati sorprendenti. Il team ha utilizzato PROTEUS per migliorare una proteina che regola l’attivazione genica, ottenendo una versione sei volte più sensibile ai farmaci di controllo. Come detto, questi miglioramenti funzionano solo nelle cellule di mammifero, dimostrando il valore dell’approccio.
In un secondo test, hanno fatto evolvere un nanobody (anticorpo miniaturizzato) per rilevare danni al DNA. Dopo 35 cicli evolutivi, la proteina modificata era in grado di individuare con precisione le cellule danneggiate dalla chemioterapia, “accendendosi” letteralmente nel nucleo cellulare.
Implicazioni per il futuro
Le applicazioni potenziali spaziano dalle terapie geniche personalizzate ai sistemi di editing genetico migliorati. Come vi raccontavo in questo articolo sulle biotecnologie che trasformano organismi in fabbriche molecolari, stiamo assistendo a una trasformazione radicale del modo in cui produciamo medicine.
Christopher Denes, primo autore dello studio, sottolinea che PROTEUS è stabile e può generare la diversità necessaria per campagne evolutive prolungate. Il sistema è stato reso open source per la comunità scientifica, accelerando potenzialmente lo sviluppo di nuove terapie molecolari.
Un futuro molecolare più veloce
PROTEUS è qualcosa di più di un semplice strumento di laboratorio: è un cambio di paradigma nella progettazione molecolare. Invece di lavorare contro i limiti temporali dell’evoluzione naturale, i ricercatori ora possono collaborare con essa, guidandola verso soluzioni terapeutiche specifiche.
La prossima sfida sarà adattare il sistema ad altri tipi di cellule umane, creando ambienti evolutivi tessuto-specifici. Questo potrebbe aprire la strada a medicine personalizzate non solo per il paziente, ma per l’organo specifico che necessita di trattamento.
L’evoluzione molecolare artificiale non è più impossibile: è il presente della medicina di precisione.
