Prima di finire online come preprint e di conquistare in un giorno le pagine del New York Times, di Science e di mezza stampa internazionale, il lavoro del laboratorio di Kate Adamala, all'Università del Minnesota, cioè la costruzione, a partire da componenti chimici non viventi e interamente noti, di una cellula artificiale capace di nutrirsi, crescere e riprodursi, era stato spedito a Cell. E da Cell era tornato indietro. Motivazione di uno dei revisori, riferita dalla stessa autrice: non era “vera biologia”. Vale la pena fermarsi su quella frase, perché è una piccola confessione filosofica. Un revisore anonimo, chiamato a valutare un pezzo di ingegneria molecolare, ha risposto tracciando un confine - di qua la biologia vera, di là qualcos'altro - e ha collocato l'oggetto fuori dal confine. La tesi che vorrei sostenere è che quel confine è stato tracciato nel punto sbagliato, e che il rifiuto ha mancato esattamente ciò che rende il progetto importante: sia sul piano della conoscenza, sia su quello delle applicazioni. Per capire perché, però, bisogna prima capire che cosa Adamala e i suoi hanno effettivamente costruito.Prendete una vescicola: una minuscola bolla d'acqua racchiusa da una membrana di lipidi, cioè lo stesso tipo di doppio strato grasso che delimita ogni nostra cellula. In gergo si chiama liposoma. Dentro ci mettete due cose: un genoma di DNA e il macchinario minima per leggerlo. Il risultato, al microscopio, ha la forma tozza e irregolare di un tubero: da qui il soprannome SpudCell, «cellula-patata», che Adamala ha scelto per gioco. La differenza rispetto a tutto ciò che l'ha preceduta sta in un concetto: composizione totalmente definita. Il macchinario interno non è un estratto grezzo di batteri, quella zuppa opaca in cui succedono mille cose che nessuno controlla del tutto. È il sistema PURE, una versione ricostituita della sintesi proteica in cui ogni singolo ingrediente, cioè ogni enzima, ogni fattore, ogni molecola, è purificato, definito e presente in quantità nota. La SpudCell, al momento in cui nasce, non contiene nulla di variabile: è interamente inventariabile. Nel complesso si parla di appena centocinquanta o duecento tipi di molecole, contro i miliardi di una cellula naturale.Il genoma di SpudCell è lungo novantamila coppie di basi. Per dare un'idea della sproporzione, quello umano ne conta circa tre miliardi. Ma il dato notevole è un altro: i biologi avevano ipotizzato che il minimo teorico per una cellula vivente si aggirasse intorno alle centotredicimila coppie di basi, e SpudCell sta comodamente sotto quella soglia, con una trentina di geni appena. Soprattutto, quel genoma non è un unico cromosoma: è spezzato in sette anelli di DNA separati, i plasmidi. È una scelta di design, che significa poter accendere, spegnere e riprogrammare le singole funzioni della cellula come moduli indipendenti, un plasmide alla volta. Dentro la vescicola, il dogma centrale della biologia (il DNA si trascrive in RNA, l'RNA si traduce in proteine) funziona perfettamente: una RNA polimerasi legge i geni, i ribosomi del sistema PURE assemblano le proteine. Fin qui, altri c'erano già arrivati. Il salto di Adamala è aver chiuso il cerchio, collegando tra loro le funzioni che finora erano state mostrate solo isolatamente. E il cerchio ha bisogno di quattro cose che una cellula deve saper fare: mangiare, replicare il proprio genoma, dividersi e lasciare che tutto questo produca varietà selezionabile. Il nutrimento è la parte più ingegnosa. SpudCell esprime dal proprio genoma una proteina, l'alfa-emolisina, normalmente un poro che perfora le membrane; qui è stata modificata perché sporga dalla superficie della cellula un'etichetta molecolare. Nell'ambiente galleggiano piccoli liposomi “nutritivi”, carichi di lipidi e di enzimi, marcati con una molecola complementare che a quell'etichetta si aggancia. Quando etichetta sulla superficie di SpudCell e etichetta di un liposoma nutritivo si legano, le membrane di SpudCell e del liposoma si fondono: il liposoma riversa dentro SpudCell i suoi lipidi, che allargano la membrana, cioè fanno crescere la cellula, insieme al suo carico di molecole utili. Il punto cruciale, quello che distingue la crescita vera dal semplice aggiungere ingredienti, è che l'etichetta di SpudCell che governa questo processo è prodotta dal suo genoma. La cellula cresce perché i suoi geni le dicono di crescere, e, per così dire, la sua fame è codificata. Adamala la descrive con una metafora predatoria: tutto funziona finchè ci sono prede, i nutritori, e predatori, le cellule sintetiche. La replicazione del DNA di SpudCell è affidata a un enzima preso in prestito da un virus batterico, la Phi29 polimerasi, che copia tutti i sette plasmidi costituenti il genoma. E qui arriva uno dei numeri più eloquenti del lavoro: dopo cinque generazioni di crescita e divisione, il trenta per cento delle cellule figlie conteneva ancora il genoma completo, tutti e sette i plasmidi. Sembra poco, ma va soppesato con ciò che manca: SpudCell non ha citoscheletro, non ha alcun meccanismo per spartire ordinatamente il DNA tra le figlie, insomma si replica alla buona. Che un terzo delle discendenti erediti comunque il set completo, affidandosi solo al caso statistico della ripartizione, è già di per sé sorprendente. La divisione è la dimostrazione più elegante di minimalismo. Le cellule naturali si strozzano in due grazie alla trazione del citoscheletro, un'impalcatura di filamenti che SpudCell non possiede. SpudCell aggira l'ostacolo con un principio puramente fisico: se si affolla la superficie di una vescicola di proteine ingombranti, la membrana, per ragioni di curvatura, tende a piegarsi e a rompersi. Usando la solita etichetta come ancoraggio, i ricercatori affollano la superficie di un ligando ingombrante, finché la cellula si divide. Per provarlo senza ambiguità hanno immobilizzato SpudCell “madri” su microsfere magnetiche e verificato che le “figlie”, staccandosi, se ne andassero via portando con sé il loro genoma. Nessun filamento, nessuna macchina complessa: solo geometria di membrana. Infine, gli scienziati hanno provato a introdurre una mutazione: hanno cambiato il promotore del gene dell'alfa-emolisina, la proteina che media l’alimentazione di SpudCell, con una versione più potente, che ne fa produrre di più. Più alfa-emolisina significa più fusioni con i nutritori, più cibo, più crescita, più figlie. E infatti, mettendo in competizione due popolazioni identiche tranne che per quel dettaglio, in cinque generazioni le cellule con il promotore forte prendono il sopravvento: partite dal dieci per cento, arrivano al trentotto. Vediamo quindi che in SpudCell, come in un organismo prodotto dalla selezione naturale, un tratto scritto nel genotipo si traduce in un vantaggio nel fenotipo, che si traduce a sua volta in fitness, cioè in più discendenti, e in cambio della composizione della popolazione – cioè evoluzione. E’ il processo darwiniano, in miniatura, in un sistema artificiale. Quando i ricercatori rendono scarso il cibo, riducendo i nutritori disponibili, il vantaggio dei più veloci si accentua: si osserva cioè la competizione per le risorse osservata in un sistema costruito molecola per molecola.Torniamo allora al revisore di Cell. In un senso letterale non ha torto: SpudCell non è un organismo normale, e Adamala è la prima a dirlo con disarmante onestà, definendolo un organismo gracile che in pratica non fa altro che mangiare e ogni tanto produrre una cellula figlia. Va imboccata dall'esterno, tenuta a temperatura fissa, aiutata a dividersi; si replica una volta ogni dodici ore circa; non sa nemmeno fabbricarsi i ribosomi, che deve ricevere già pronti. E la selezione, per ora, non è vera evoluzione darwiniana: la mutazione vantaggiosa è stata introdotta ad arte, non è emersa da sola. Su tutto questo il revisore ha ragione. Ma pretendere che una cellula sintetica minima, assemblata artificialmente da componenti elementari con un processo controllato e con dei ben chiari obiettivi sperimentali, sia “vera biologia” equivale a rimproverare a un simulatore di volo di non essere un uccello. Il valore di SpudCell non sta nell'essere viva, qualunque cosa significhi; sta invece esattamente nel non essere biologia ordinaria, nell'essere biologia spogliata fino a diventare un sistema chimico interamente compreso e controllato a livello di singole componenti. Ogni cellula naturale, anche la più minimale mai costruita — il Mycoplasma dal genoma ridotto di Craig Venter — porta con sé una zona d'ombra, geni la cui funzione ancora sfugge. SpudCell no. È il primo sistema di questo tipo in cui non ci sono ingredienti sconosciuti, e in cui le funzioni fondamentali della vita non solo compaiono, ma sono accoppiate in un ciclo, ingegnerizzato e previsto a priori.“Ciò che non so costruire, non lo capisco”, scrisse Feynman su una lavagna. Costruire una cosa dal basso è la prova più stringente di aver capito come funziona. SpudCell dimostra che processi che sembravano riservati alla vita, come crescere, riprodursi, competere, non hanno bisogno di alcuna misteriosa scintilla magica. È lo stesso colpo inferto al vitalismo da Friedrich Wöhler nel 1828, quando sintetizzò l'urea, cioè una molecola “organica”, roba da esseri viventi, a partire da sali inanimati, e mandò in frantumi l'idea che la materia dei viventi custodisse una forza speciale, irriducibile alla chimica. Il “non è vera biologia” del revisore è, quasi parola per parola, il riflesso vitalista di due secoli fa: davanti a qualcosa che dissolve il confine tra vivo e non-vivo, l'istinto è ridisegnare il confine per tenere l'intruso fuori. Ma i confini che si spostano a ogni nuova costruzione non descrivono la natura: descrivono la nostra conoscenza.Non sfugga poi al lettore il piano applicativo, dove epistemico e pratico coincidono, perché un sistema ben compreso è un sistema ingegnerizzabile. Il genoma modulare a sette plasmidi è un'interfaccia di programmazione. Ogni funzione è un modulo che si può riscrivere. È per questo che Adamala parla di chassis, di telaio: non un prodotto finito, ma una piattaforma su cui costruire. L'orizzonte verso cui si avanza è quello di cellule progettate per fabbricare ciò che serve, senza la chimica sporca dell'industria attuale: carburanti senza petrolchimica, farmaci contro le malattie, cattura del carbonio. Sono promesse da maneggiare con cautela, ma la logica è solida: quando conosci ogni pezzo di una macchina, puoi ridisegnarla per fare cose che la natura non ha mai avuto motivo di fare. Che poi si voglia chiamare questa macchina artificiale vita, semi-vita o soltanto chimica molto ambiziosa, è un problema di vocabolario, non di sostanza. Resta l'ironia del fatto che un lavoro respinto perché «non è vera biologia» ha, nel giro di ventiquattr'ore da quando questa storia è stata resa nota, ridefinito ciò di cui la biologia sintetica è capace. Che non entri nelle caselle esistenti è il sintomo preciso di qualcosa che le caselle non le rispetta: non per nulla, le cose che contano, di solito, arrivano proprio così, mal catalogate, imbarazzanti, con la forma sbagliata. Con la forma, se capita, di una patata.