La genomica sintetica è un campo della biochimica che si concentra sulla creazione del genoma, l’assemblaggio completo delle informazioni genetiche o ereditarie di un organismo necessarie affinché quell’organismo mantenga la vita. Il genoma di un organismo è costituito da molecole di acido desossiribonucleico (DNA) che formano un codice. Parti di questo codice, chiamate geni, controllano la creazione e le interazioni delle proteine nelle cellule dell’organismo, permettendo all’organismo di funzionare. Nella genomica sintetica, gli scienziati manipolano e ricreano i genomi per scopi di ricerca o per applicazioni pratiche in medicina e produzione di biocarburanti.
Il DNA è costituito da unità strutturali ripetute chiamate nucleotidi, che formano coppie di basi e creano i modelli che costituiscono il codice genetico. I nucleotidi e le sequenze di DNA sono fabbricati artificialmente per una varietà di applicazioni biochimiche, ma la genomica sintetica è un processo più complesso. Per creare un genoma sintetico funzionale, il genoma naturale deve essere conosciuto per intero e replicato esattamente o modificato in modo tale che nessuna funzione cruciale venga influenzata.
Nel 2010, un team di ricerca con sede presso il J. Craig Venter Institute di Rockville, nel Maryland, ha creato il primo genoma batterico sintetico. Il batterio, Mycoplasma mycoides, ha un genoma costituito da un milione di paia di basi. Il team è stato in grado di replicare il genoma naturale del batterio utilizzando nucleotidi prodotti sinteticamente e di introdurre il genoma sintetico nella cellula di un batterio diverso, sostituendo il DNA di quel batterio con il DNA sintetico di Mycoplasma mycoides. Con il nuovo genoma in atto, la cellula ha iniziato a funzionare come una normale cellula di Mycoplasma mycoides, con tutte le sue funzioni intatte.
Complicazioni nella sintesi di un genoma possono facilmente sorgere a causa della complessità dei sistemi coinvolti. Ad esempio, se una coppia di basi è fuori posto o manca, la cella potrebbe non funzionare affatto. Allo stesso modo, i processi biochimici mediante i quali la cellula legge e implementa le informazioni nel DNA e le interazioni chimiche dell’ambiente cellulare con il DNA devono essere corretti.
La tecnologia della genomica sintetica può essere adattata ad applicazioni industriali e commerciali, come la produzione di biocarburanti. A partire dal 2011, alcune aziende stanno studiando la possibilità di creare alghe sintetiche più efficienti delle alghe naturali nell’intrappolare e trasformare l’anidride carbonica in sostanze utilizzabili. Molti ricercatori ritengono che l’ingegneria delle alghe in questo modo possa rendere la produzione di biocarburante più economica e redditizia dal punto di vista commerciale.
Altri progetti nella genomica sintetica implicano la sintesi solo di una porzione di un genoma per modificare un organismo per l’uso in ambito industriale o scientifico. Un esempio è la modifica dei genomi delle piante per rendere le colture più resistenti alla siccità o ai parassiti. In medicina, i microbi possono essere modificati geneticamente per agire come rimedi per determinate malattie o aiutare nella terapia genica.