Progetto in corso · Biologia sintetica
BioBrick
Progettiamo una proteina che aggancia la beta-amiloide, la molecola che si accumula nel cervello di chi ha l’Alzheimer.
- il peso della proteina che costruiamo
- 21,2 kDa
- gli amminoacidi di ognuna delle due metà
- 98
- le strade possibili: a scegliere è un esperimento
- 2
- squadre in gara a iGEM, nel 2025
- 412
Per chi viene da biologia, biotecnologie, bioinformatica, chimica, medicina
Il problema
Nell’Alzheimer una proteina chiamata beta-amiloide si accumula nel cervello e si incolla a se stessa: prima piccoli grumi, poi placche.
I farmaci approvati sono anticorpi che si attaccano all’amiloide e la fanno portare via. Funzionano, e il beneficio è reale, ma pagano due prezzi.
| Quanto | Cosa vuol dire | |
|---|---|---|
| Arrivano poco | sotto l’1% | la quota di farmaco che dal sangue raggiunge il cervello, stimata in più studi |
| ARIA | 12,6% contro 1,7% | gonfiori e microemorragie nello studio del lecanemab, contro chi riceveva il placebo |
Come lo diciamo. L’ARIA non dipende solo dalla parte dell’anticorpo che chiama le difese immunitarie: pesano anche lo stato dei vasi del cervello e il profilo genetico di chi riceve il farmaco. Togliere quella parte riduce una quota del rischio, non lo elimina. Scriviamo «a ridotta attivazione immunitaria», mai «non infiammatorio».
L’idea
Esiste un modo diverso di togliere di mezzo una molecola: una LYTAC. È una molecola con due estremità. Una afferra il bersaglio fuori dalla cellula, l’altra si aggancia a un recettore sulla superficie. La cellula tira dentro tutto e lo manda al lisosoma, dove viene smontato. Il metodo viene dal gruppo di Carolyn Bertozzi.
Le LYTAC pubblicate finora usano due recettori: uno che smista le proteine dentro la cellula e uno del fegato. Per afferrare il bersaglio usano un anticorpo.
Noi cambiamo tutti e due i pezzi. Al posto del recettore usiamo LRP1, che sta sulle cellule dei vasi del cervello. Al posto dell’anticorpo usiamo un dominio Z: una proteina piccola, senza la parte che chiama le difese immunitarie.
Nessuna LYTAC pubblicata usa LRP1. È lì che il progetto si gioca la candidatura.
Cosa costruiamo
Una sola proteina, fatta di pezzi in fila, prodotta da un batterio. Il gene che la codifica è un’unità di trascrizione come tante: un promotore che decide quando accenderla, il gene, un terminatore che ferma la lettura.
PelB Z(Aβ3) C28 (GGGGS)×3 Angiopep-2 6×His
catena → ────────────────────────────────────────────→
│
S─S il ponte fra le due cisteine 28
│
catena → ────────────────────────────────────────────→
PelB Z(Aβ3) C28 (GGGGS)×3 Angiopep-2 6×His| Modulo | Amminoacidi | Cosa fa |
|---|---|---|
| PelB | 22 | porta la proteina nel periplasma, lo spazio fra le due membrane del batterio |
| Z(Aβ3) | 58 | lega la beta-amiloide e la tiene piegata a forcina |
| (GGGGS)×3 | 15 | tiene distanti i due pezzi, così non si intralciano |
| Angiopep-2 | 19 | si aggancia a LRP1 |
| 6×His | 6 | serve a purificare la proteina e a riconoscerla |
Il batterio che la produce è Escherichia coli BL21(DE3), un ceppo da laboratorio non patogeno. Sta nella lista bianca di iGEM e si lavora al primo livello di biosicurezza, il più basso.
La cisteina che decide tutto
Il dominio Z da solo non lega niente. La forma che funziona è una coppia: due copie uguali, unite da un ponte fra due atomi di zolfo, nella posizione 28 di entrambe.
Il ponte non serve solo a tenerle insieme. Senza, la tasca dove finisce l’amiloide non esiste: le due copie la formano a metà ciascuna.
Il ponte si fa da solo, e questo è il vantaggio del disegno. Il segnale PelB porta la proteina nel periplasma, che è un ambiente ossidante, e lì due enzimi del batterio saldano lo zolfo durante il passaggio. Nessun passaggio in più in purificazione.
C’è una conseguenza. Se la proteina è una coppia, porta due Angiopep-2 invece di uno: si aggancia a LRP1 con due mani. Nessuno ha misurato una presa così, su una proteina di queste dimensioni. Quindi non la diamo per scontata.
Un amminoacido, una stagione. In una nostra versione precedente in posizione 28 c’era una treonina al posto della cisteina. Una lettera sola, e la proteina non avrebbe legato niente. Prima di ordinare il DNA la sequenza si confronta una lettera alla volta con la struttura depositata e con l’articolo originale.
L’esperimento che decide
LRP1 non è un inceneritore. Tira dentro quello che lega, e solo dopo decide: lo manda al lisosoma, lo ricicla, oppure lo porta dall’altra parte della cellula. A decidere è quanto stretta è la presa.
Il primo esperimento misura proprio quello. Mettiamo la proteina su cellule dei vasi cerebrali umani e la confrontiamo con una versione identica ma senza Angiopep-2. Poi guardiamo, ora per ora, quanta ne finisce nei lisosomi.
È l’unica misura del progetto che prova qualcosa che nessuno ha pubblicato. Ed è l’esperimento che sceglie la strada.
- 01
Strategia A
Se nei lisosomi ne finisce poca, il risultato è compatibile con il passaggio attraverso la barriera. Non lo dimostra: la prova è il modello di barriera in provetta, ed è il passo dopo.
- 02
Strategia B
Se ne finisce molta, il risultato è compatibile con la strada del lisosoma. Allora la proteina può lavorare nel sangue, dove aggancia l’amiloide fuori dal cervello senza attraversare niente.
In tutti e due i casi il lavoro sul dominio che lega non cambia: clonaggio, espressione, purificazione e saggio della tioflavina sono identici. Per questo si può cominciare senza aver scelto, e la scelta diventa un risultato del progetto invece di una premessa.
Cosa dimostriamo e cosa no
Questa distinzione vale per tutto quello che diciamo del progetto, qui e altrove.
| Si produce | che la proteina si fa in E. coli e si purifica nella forma a coppia | |
|---|---|---|
| Lega | che aggancia la beta-amiloide e ne rallenta l’aggregazione, in proporzione alla dose | |
| Protegge le cellule | che riduce la tossicità dell’amiloide su cellule in coltura | |
| I due pezzi convivono | che Angiopep-2 non impedisce al dominio Z di legare |
| Non è una cura | nessuna efficacia contro l’Alzheimer in una persona | |
|---|---|---|
| Non attraversa | nessun passaggio della barriera del cervello in un organismo vivo | |
| Non distrugge | nessuna degradazione dell’amiloide da parte della proteina stessa | |
| Non è un farmaco | nessun profilo utilizzabile nell’uomo |
C’è poi un limite che dichiariamo per primi noi. La proteina pesa 21,2 kDa. Il rene filtra via quello che sta sotto i 60-70 kDa, e qui manca anche la parte che negli anticorpi allunga la vita nel sangue. Nel sangue durerebbe minuti.
Per iGEM non è un problema: il progetto dimostra un meccanismo, non propone un farmaco, e la durata nel sangue non entra in nessuno dei saggi previsti. Ma va detta, per due motivi. Chi se ne intende la chiede per prima, e averla anticipata vale più che rispondere lì per lì. Ed è la strada naturale per andare avanti: attaccare un pezzo che lega l’albumina, oppure mettere insieme più copie.
Sei fasi, e i controlli che le rendono leggibili
Un saggio senza controlli non dà un dato debole: dà un dato che non si può usare. Per ogni fase c’è il controllo senza il quale il risultato non si legge, ed è la prima cosa che chiedono i giudici.
- 1Clonaggio ed espressione. Il campione prima e dopo l’accensione del gene, sullo stesso gel.
- 2Estrazione e purificazione. Un passaggio di desalting prima della colonna al nichel: la sostanza che serve ad aprire il batterio porta via il nichel, e la colonna si butta.
- 3Saggio della tioflavina. Sei controlli, fra cui il dominio Z non modificato. Poi le conferme al microscopio e la prova di tossicità sulle cellule.
- 4Captazione, l’esperimento cardine. Il confronto con la versione senza Angiopep-2, la competizione con un’altra molecola, l’incubazione a 4 gradi.
- 5Barriera in provetta. La misura della tenuta e un tracciante: senza, «è passata» e «la barriera perdeva» sono lo stesso dato.
- 6Dry lab. Modelli che partono dalla struttura già depositata. Le metriche di AlphaFold dicono quanto il modello è affidabile, non quanto la proteina lega.
Una curva piatta non basta. Se nel saggio della tioflavina la fluorescenza non sale, le spiegazioni sono quattro e tre sono errori di misura: l’amiloide si è aggregata in un modo che il colorante non vede, la proteina spegne il segnale, oppure l’amiloide si è attaccata alla plastica del pozzetto. Serve guardare i campioni al microscopio e provare la tossicità sulle cellule.
iGEM
iGEM è la gara internazionale di biologia sintetica. È nata come corso al MIT nel 2003; la prima competizione, nel 2004, aveva cinque squadre. Dal 2022 la finale, il Grand Jamboree, si tiene a Parigi.
I numeri del grafico
| Anno | Squadre |
|---|---|
| 2023 (44 paesi) | 393 squadre |
| 2024 (41 paesi) | 397 squadre |
| 2025 (44 paesi) | 412 squadre |
Dal 2026 l’oro non si vota più direttamente: si ottiene attraverso tre premi speciali che la squadra sceglie all’inizio. I giudici danno un punteggio a quelli, e l’oro viene di conseguenza. La scelta va fatta a marzo, perché decide cosa si misura per tutta la stagione.
Una stagione costa. Qui sotto c’è il preventivo della squadra, con l’iscrizione pagata presto: aspettare costa 2.200 € in più, quasi esattamente quanto i saggi sulle cellule.
I numeri del grafico
| Voce | Costo |
|---|---|
| Iscrizione e biglietti (quote iGEM) | 12.950 € |
| Viaggio a Parigi (10 persone, 5 giorni) | 6.650 € |
| Laboratorio (reagenti e materiale) | 3.920 € |
| Saggi sulle cellule | 3.000 € |
| Imprevisti (15%) | 2.290 € |
| Conferme e spedizioni | 1.250 € |
| Materiale per il banco | 450 € |
A che punto siamo
- Aprile 2026Abbiamo presentato il progetto a Palazzo della Borsa, davanti a università, aziende e istituzioni.
- Agosto 2026Abbiamo scelto su cosa lavorare per iGEM 2027 e scritto il piano: la proteina da costruire, le sei fasi di laboratorio con i loro controlli e il budget.
- OggiControlliamo la sequenza contro le strutture pubblicate. Il DNA si ordina solo dopo.
- 2027Puntiamo a iGEM, la gara internazionale di biologia sintetica: la finale, dal 2022, si tiene a Parigi.
Foto
Persone del progetto
Fonti
- Grönwall e colleghi, Journal of Biotechnology, 2007: il dominio Z che lega la beta-amiloide.
- Hoyer e colleghi, PNAS, 2008, e la struttura PDB 2OTK: la forcina e la tasca fra le due copie.
- Hoyer e Härd, Journal of Molecular Biology, 2008: il ponte fra le cisteine 28 e la sequenza.
- Banik e colleghi, Nature, 2020; Ahn e colleghi, Nature Chemical Biology, 2021: le prime LYTAC.
- Tian e colleghi, Science Advances, 2020: come la presa decide la strada dentro la cellula.
- Demeule e colleghi, Journal of Pharmacology and Experimental Therapeutics, 2008: Angiopep-2.
- Storck e colleghi, Journal of Clinical Investigation, 2016: LRP1 e l’amiloide.
- van Dyck e colleghi, New England Journal of Medicine, 2023: lo studio CLARITY AD.
- iGEM: regolamento, medaglie, quote e scadenze, competition.igem.org.
- Documento di progetto e documento tecnico ed economico della squadra, versione 5, agosto 2026.
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