La biologia sintetica è un campo della scienza che comporta la riprogettazione di organismi per scopi utili, ingegnerizzandoli per avere nuove capacità. I ricercatori di biologia sintetica e le aziende di tutto il mondo stanno sfruttando il potere della natura per risolvere problemi in medicina, produzione dei materiali e agricoltura.

Vediamo cosa si intenda per biologia sintetica, o di sintesi, come a volte viene definita, rispondiamo a qualche domanda comune sull'argomento, e poi esaminiamo le possibilità di investimento che possono esserci, ben tenendo a mente una cosa. Si tratta di un campo realmente innovativo, con ancora poche aziende quotate, e che è "appena agli inizi". Investirsi significa credere ad un reale sviluppo del settore, che sarà fondamentale per lo sviluppo dell'umanità, ma non nei prossimi anni, bensì nei prossimi decenni.

Cosa può fare la biologia sintetica?

Ridisegnare gli organismi in modo che producano una sostanza, come una medicina o un combustibile, o acquisire una nuova abilità, come percepire qualcosa nell'ambiente, sono obiettivi comuni dei progetti di biologia sintetica. Alcuni esempi di ciò che gli scienziati stanno producendo con la biologia sintetica sono:

  • Microrganismi sfruttati per il biorisanamento, cioè per pulire le sostanze inquinanti dalla nostra acqua, suolo e aria.
  • Riso modificato per produrre beta-carotene, un nutriente solitamente associato alle carote, che previene la carenza di vitamina A. La carenza di vitamina A causa la cecità in 250.000 - 500.000 bambini ogni anno, e aumenta notevolmente il rischio di morte per malattie infettive.
  • Lievito ingegnerizzato per produrre olio di rosa come sostituto ecologico e sostenibile delle vere rose, che i profumieri usano per creare profumi di lusso.

Qual è la differenza tra la biologia sintetica e l'editing del genoma?

Per certi versi, la biologia sintetica è simile a un altro approccio chiamato "editing del genoma" perché entrambi implicano il cambiamento del codice genetico di un organismo; tuttavia, alcune persone fanno una distinzione tra questi due approcci in base a come viene effettuato il cambiamento.

Nella biologia sintetica, gli scienziati tipicamente cuciono insieme lunghi tratti di DNA e li inseriscono nel genoma di un organismo. Questi pezzi di DNA sintetizzati potrebbero essere geni che si trovano in altri organismi o potrebbero essere completamente nuovi. Nell'editing del genoma, gli scienziati usano tipicamente strumenti per fare piccoli cambiamenti al DNA dell'organismo. Gli strumenti di editing del genoma possono anche essere usati per cancellare o aggiungere piccoli tratti di DNA nel genoma.

Si può sintetizzare l'intero genoma di un organismo?

La risposta a questa domanda è sì, ed è già stato fatto. Nel 2002, gli scienziati negli Stati Uniti hanno sintetizzato per la prima volta un genoma virale. I genomi virali sono molto più piccoli rispetto ai genomi della maggior parte dei batteri e dei microrganismi. Gli scienziati hanno dimostrato che era possibile creare il virus della polio da zero, e hanno sollevato l'attenzione sul rischio che la biologia sintetica possa essere usata per sviluppare armi biologiche.

Mentre questo gruppo di ricercatori non aveva intenzione di causare danni con la loro ricerca, il loro lavoro ha comprensibilmente sollevato la preoccupazione che cattivi soggetti possano usare la biologia sintetica per scopi maligni. 

Oggi, i ricercatori continuano a spingere i limiti dell'attuale tecnologia di sintesi del DNA per aiutare a capire come funzionano i genomi. Un gruppo di ricercatori, chiamato "Genome Project-Write" (GP-Write)", sta cercando di sintetizzare, o "scrivere", interi genomi da linee cellulari umane ,e i genomi di altre piante e animali importanti per l'agricoltura e la salute pubblica. Il nome del loro progetto è un gioco di parole sul Progetto Genoma Umano (HGP).

Nel 2003, gli scienziati che lavoravano all'HGP hanno sequenziato, o "letto", gli oltre 3 miliardi di lettere di DNA, o coppie di basi, che compongono il genoma umano. Una delle principali motivazioni per GP-Write è quella di stimolare l'innovazione nelle tecnologie di sintesi del DNA attraverso la ricerca proposta. È importante notare che la ricerca in GP-Write che coinvolge i genomi umani avverrà solo in cellule e nessun embrione umano sarà usato in questa ricerca.

Quali sono le implicazioni etiche e sociali?

I progetti che si propongono di sintetizzare interi genomi sollevano importanti questioni etiche sui potenziali danni e benefici per la società. Molte delle questioni etiche rilevanti per la biologia sintetica sono simili alle discussioni etiche relative all'editing del genoma.

Gli esseri umani stanno attraversando i confini morali ridisegnando gli organismi con tecniche di biologia sintetica? Se la biologia sintetica produce nuovi trattamenti e cure per le malattie, chi nella nostra società vi avrà accesso? Quali sono gli impatti ambientali dell'introduzione di organismi modificati nell'ecosistema?

Queste domande etiche sono state oggetto di ricerca fin dall'inizio dell'HGP, e continueranno ad essere studiate man mano che la tecnologia si evolve e cambia. La maggior parte degli scienziati, degli etici e dei politici concordano sul fatto che le intere società devono discutere e soppesare i potenziali danni e benefici della biologia sintetica per rispondere a queste domande.

Le voci principali della bioetica hanno espresso l'importanza dell'impegno pubblico e del dialogo nella governance della biologia sintetica emergente e delle tecnologie di editing del genoma. E come dimostra la sintesi del virus della polio, ci sono anche preoccupazioni di biosicurezza legate alla biologia sintetica. 

Ambientalismo e sostenibilità

Probabilmente non ci pensate, ma ogni giorno la natura cerca di uccidervi. Noi, come esseri umani, esercitiamo una pressione costante sul nostro mondo naturale. E, in risposta, la natura combatte per bilanciare la situazione. La natura si è adattata e ha reagito alla presenza degli sviluppi umani, proprio come noi ci siamo adattati e abbiamo reagito alla natura.

E la natura ci sta dicendo che siamo su un percorso insostenibile. È tempo di correggere la rotta. Questo non significa abbandonare la tecnologia, ma significa sfruttare il potere della biologia stessa per conciliare le comodità delle creature della civiltà umana con il mondo naturale.

Alcuni di voi staranno pensando: "ma io riciclo" o "non mangio carne" o "prendo l'autobus" o "coltivo il mio cibo". E in effetti, potreste fare la vostra parte per vivere in modo sostenibile. E se lo fate, buon per voi.

A nostro parere, però, è impossibile affidarsi esclusivamente a uno sforzo individuale per fare i cambiamenti di cui abbiamo bisogno. Dobbiamo fare dei cambiamenti su scala globale per fare davvero la differenza, e questo richiede di ripensare a cosa sia la moderna sostenibilità globale e un nuovo tipo di ambientalismo.

Per essere chiari, quando parlo di sostenibilità, non si tratta solo dell'ambiente. Anche se è un pezzo importante, la sostenibilità è molto di più.

La sostenibilità moderna è l'integrazione dell'ambiente, delle persone e dell'economia.

Ognuno di loro è necessario per prosperare. Non si può avere uno senza l'altro. Pertanto, la pratica della sostenibilità riconosce che tutto è collegato, e richiede un approccio diverso.

Quindi dobbiamo cambiare sia individualmente che collettivamente quello che stiamo facendo oggi? Crediamo che la tecnologia e l'innovazione, in particolare l'innovazione biologica, sia la chiave per rispondere a questa domanda. L'innovazione biologica permetterà una coesistenza armoniosa con la natura per gli esseri umani oggi e nelle generazioni future, pur continuando a godere di tutte le comodità che ci aspettiamo.

Se lo facciamo su scala globale, torneremo in equilibrio con la natura, il che sarà fantastico per l'umanità e migliorerà anche la salute del pianeta. Quindi come possiamo farlo? La risposta è la biologia sintetica, naturalmente, che abbiamo prima definito e spiegato. Come visto precedentemente, la biologia sintetica è l'ingegneria della natura a beneficio della società.

Come la biologia sintetica può migliorare la nostra salute, il cibo e i materiali

Il componente centrale della biologia sintetica è il DNA, come visto. Abbracciando il suo potere, possiamo dire, saremo in grado di raggiungere sia la comodità che la sostenibilità.

Negli ultimi millenni, i nostri antenati hanno perseguito questo obiettivo in diversi modi, per esempio migliorando la produzione di latte dalle mucche e trasformando un'erba selvatica chiamata teosinte in mais commestibile. Ma ci sono voluti migliaia di anni.

Negli ultimi 70 anni, quello che i nostri antenati hanno fatto sul campo, senza nemmeno sapere che stavano facendo ingegneria genetica, abbiamo iniziato a farlo in laboratorio. E, come conseguenza, ora abbiamo la conoscenza scientifica e il know-how tecnologico per sfruttare il potere del DNA per il meglio. Una vera rivoluzione biologica.

Come possono aiutare, in concreto, il DNA e la biologia sintetica? Bene, possiamo influenzare il cambiamento in tre aree critiche: salute, cibo e materiali.

Il miglioramento della salute

Nella salute, un primo successo sanitario ed economico è l'insulina iniettabile ricombinante per alleviare il diabete, una malattia che colpisce 463 milioni di persone nel mondo.

Oggi, possiamo fare l'insulina dal lievito o dai batteri, invece di estrarla dal pancreas dei maiali e delle mucche. Questo permette la produzione massiccia di insulina ad una frazione del costo, e senza uccidere maiali e mucche. Questo significa che non ci sono più aziende agricole che allevano animali col solo scopo di mettere poi insulina sullo scaffale della vostra farmacia.

Oggi, usando il potere della genetica, possiamo ridurre o addirittura eliminare le malattie trasmesse dalle zanzare, come la malaria, la Zika, e persino trattare la dengue con i drive genici. Lo stiamo facendo sfruttando la genetica delle zanzare stesse per eliminarle.

Sta diventando una realtà per correggere i geni difettosi nei pazienti con malattie ereditarie, come l'immunodeficienza combinata grave, e l'anemia falciforme. Possiamo diagnosticare le malattie in modo più veloce ed economico scrivendo e leggendo il loro DNA. E già possiamo aggiungere pezzi di DNA nelle cellule del sistema immunitario per identificare e uccidere le cellule tumorali nei pazienti.

Grazie a progressi come questo, in futuro, anche il cancro terminale diventerà una malattia cronica.

Un grande cambiamento che sta permettendo questi incredibili progressi è la capacità di leggere e soprattutto di scrivere il DNA su scala. Negli ultimi 20 anni, il prezzo per modificare una coppia di basi di DNA è sceso da 10 dollari a nove centesimi, più di cento volte inferiore, riducendo drasticamente i costi e scatenando l'immaginazione degli scienziati di tutto il mondo. Questa capacità di scrivere il DNA su scala impatta anche sul cibo e sui materiali.

Il miglioramento del cibo

Quindi, parlando di cibo, le tecniche di biologia sintetica basate sul DNA oggi possono ingegnerizzare i batteri per fornire azoto alla radice delle piante, eliminando la necessità di fertilizzanti, fertilizzanti che si può o non si può sapere sono prodotti dal carbone o dal gas naturale che viene estratto dal terreno. Questa è una triplice vittoria: più cibo, costi più bassi per il cibo e nessun bisogno di estrarre combustibile fossile dal terreno per coltivare il cibo. Anche se questo può sembrare futuristico, le aziende ci stanno lavorando ora, con test sul campo già in corso.

Possiamo controllare i parassiti che distruggono le colture usando metodi ecologici, usando essenzialmente l'odore degli insetti stessi per impedire loro di accoppiarsi e deporre le uova, proteggendo anche gli uccelli, le api e altri animali. Questi metodi sono costosi oggi, ma i costi scenderanno, come succede sempre quando diventano economie di scala.

Oggi possiamo proteggere le banane e le papaie, due colture che sono minacciate da patogeni mortali. Ingegnerizzandole per renderle resistenti ai loro patogeni, possiamo assicurare che la produzione su scala commerciale continui. È vero per le banane e la papaia, ma è anche vero per molte altre piante che stanno subendo attacchi simili dalla natura.

Il miglioramento dei materiali

Tutto ciò che tocchiamo oggi proviene dal petrolio o dal gas naturale estratto dalla terra, e questo è semplicemente insostenibile. E possiamo fare meglio usando la fermentazione. Tutti conosciamo la fermentazione. Dai lo zucchero al lievito e questo diventa più grande. Oggi, usando le stesse cellule, come il lievito, le alghe e i batteri, è possibile ingegnerizzarle per far fermentare lo zucchero o altre biomasse per produrre sostanze chimiche.

Queste minuscole cellule sono l'equivalente di impianti di produzione eccezionalmente efficienti. Si possono produrre le stesse sostanze chimiche che si ricavano dal petrolio, e non si noterebbe la differenza. Questo include la produzione diretta di plastica, aromi, profumi, dolcificanti e molto altro.

Per esempio, il processo di produzione del colorante blu utilizzato nella fabbricazione dei blue jeans è un enorme inquinatore dell'ambiente. Attraverso la fermentazione, si può fare lo stesso colorante molto più economico e senza l'impatto ambientale. Questo è un "jeans senza sensi di colpa".

Un altro metodo che usiamo per produrre sostanze chimiche per permettere la nostra vita confortevole è quello di estrarle dalla natura. E anche questo è ormai insostenibile. Per esempio, lo squalene è un ingrediente chiave della crema idratante. E si capisce. Tutti vogliamo una pelle luminosa, bella e idratata.

Ma sapevate che il fegato di squalo è una delle principali fonti di squalene? Gli squali sono predatori apicali e una componente critica della nostra ecologia oceanica. Quindi usare gli squali per fare la crema per il viso non ha senso. Invece, ora possiamo fare lo squalene dalla fermentazione dello zucchero di canna o dall'olio di argan, ed è persino disponibile su Amazon.

Non stiamo parlando solo di sostituire i materiali attuali con altri più sostenibili. Stiamo parlando di fare prodotti chimici migliori, che non si potrebbero mai fare dal petrolio, e che cambieranno la nostra vita in futuro.

Per esempio, la seta di ragno è un materiale incredibile. È molto più forte dell'acciaio, e super leggera. Il problema è che non si può fare la seta di ragno dal petrolio, e non si possono "allevare" i ragni. Se si mettono un milione di ragni in una stanza, e si torna una settimana dopo, si troverà un solo ragno, sopravvissuto al cannibalismo che invariabilmente si verrebbe a creare tra questi animali estremamente territoriali.

Usando la biologia sintetica, invece, saremo in grado di produrre seta di ragno su scala commerciale (lo stiamo già facendo) ed evitare la violenza tra i ragni. In futuro gli aerei, e forse anche le auto volanti, saranno fatti di seta di ragno sintetica invece che di materiale composito di carbonio. Saranno più forti, più leggeri e useranno meno carburante.

Il significato di tutto questo

Tutto questo sembra fantastico, ma c'è di meglio. Ha anche un senso economico. Sì, la biologia sintetica ci darà salute, cibo sostenibile e materiale sostenibile, ma è anche molto più economica. E, siamo onesti, molte persone non si preoccupano dell'ambiente, ma tutti amano un affare. Così noi umani otterremo salute, cibo e materiali ad un costo inferiore, e la natura etterrà la sostenibilità gratis.

E un ulteriore bonus sono tutti i milioni di posti di lavoro che saranno creati attraverso questa visione moderna della sostenibilità. Questi non sono lavori umili. Questi nuovi lavori saranno dignitosi e significativi, e saranno diffusi a livello globale per assicurare che gli umani vivano più virtuosamente nella natura.

Perciò la biologia sintetica è la chiave per rendere la civiltà sostenibile, e impedirà alla natura di ucciderci.

In conclusione, non dobbiamo scegliere tra i benefici umani o la natura. Possiamo andare verso l'equilibrio e avere entrambi in armonia. Non è che possiamo farlo, è che dovremmo farlo. Abbiamo un imperativo morale per farlo.

Come investire in questo settore

Ripetiamo quando accennato all'inizio dell'articolo:

Si tratta di un campo realmente innovativo, con ancora poche aziende quotate, e che è "appena agli inizi". Investirsi significa credere ad un reale sviluppo del settore, che sarà fondamentale per lo sviluppo dell'umanità, ma non nei prossimi anni, bensì nei prossimi decenni.

Non sono molte le società attive nei campi che abbiamo precedentemente discusso e che siano anche quotate, e lo sono praticamente solo negli USA. I nomi più noti sono Yield10 Bioscience, che studia tecnologie colturali per migliorare la resa dell'agricoltura; Synlogic, un fornitore leader di "biotici sintetici", una nuova classe di "farmaci viventi"; Evolva Holdings, un'azienda svizzera che "scopre, sviluppa e commercializza ingredienti per l'uso in cibo, nutrizione, salute personale, agricoltura e altri settori", utilizzando la fermentazione microbica.

Un buon nome, che sta andando molto bene, è Codexis, un'azienda che sta lavorando sull'ingegneria delle proteine, che ha triplicato la propria capitalizzazione di mercato da quando si è quotata.

Una delle aree più eccitanti della biologia sintetica da osservare è l'emergere di fabbriche biologiche che ora producono cose di cui abbiamo bisogno su richiesta. Zymergen, Ginkgo Bioworks e Synthace sono i nomi da seguire, anche se nessuna di loro è ancora quotata, ma sicuramente lo saranno nel prossimo futuro.

E' invece quotata Twist Bioscience, azienda che  sfrutta la tecnologia che si trova nell'industria dei semiconduttori per creare DNA sintetico ad un costo molto più economico di chiunque altro su scala.

Ovviamente ci sono anche gli ETF, focalizzati però per lo più sulle società di biotecnologie, cioè sull'ambito dell'editing genomico puro. I nomi più importanti e più performanti sono l'ARK Genomic Revolution ETF, il Virtus LifeSci Biotech Clinical Trials ETF, l'Invesco Dynamic Biotechnology & Genome ETF, il VanEck Vectors Biotech ETF. In totale i prodotti disponibili sul mercato sono 20, ed oltre ai citati anche case molto importanti come iShares (che ha quello con più liquidità a disposizione), ProShares, GlobalX e SPDR ne vantano uno.

Come con tutte le tecnologie dirompenti, le opportunità per gli investitori sono miste mentre l'industria cerca di capire cosa funziona e cosa no. Questo può essere visto in tutti i pivot che sono accaduti e nei business plan promettenti che hanno portato al fallimento diverse aziende. Sono aziende come Twist Bioscience e Ginkgo Bioworks che forniscono la prova di quanto sia grande il concetto di biologia sintetica.