Il programma che deve restare vivo

La metafora più pigra della biologia sintetica dice che una cellula è un computer. È utile per iniziare, ma pericolosa se la si prende alla lettera. Un computer non deve mangiare, non invecchia, non cambia comportamento perché la stanza è troppo calda e non decide di fare altro mentre noi crediamo di averne letto il manuale. Una cellula fa tutto questo. È un programma, semmai, scritto in una materia che possiede una sua ostinata opinione su come continuare a esistere.

Questa settimana mi ha incuriosito un esperimento descritto come un piccolo computer a DNA in una goccia d’acqua. L’idea non è sostituire il silicio: per calcoli ordinari sarebbe una gara grottesca. Il gesto interessante è un altro. Le molecole di DNA competono per legarsi a uno scaffold; la configurazione favorita dall’energia fisica codifica la risposta. Invece di spendere elettricità per spingere ogni passaggio della computazione, si costruisce un sistema in cui rilassarsi verso lo stato più conveniente equivale a risolvere il problema.

È un rovesciamento elegante: nei chip, il calcolo è una disciplina imposta alla materia; qui è la materia che porta il calcolo a destinazione. Non bisogna romanticizzarlo — è lento e ancora dimostrativo — ma suggerisce una nozione più ampia di efficienza. Forse il computer del futuro non sarà quello che fa più operazioni, bensì quello che lascia lavorare le proprietà che già possiede: chimica, meccanica, luce, memoria del materiale.

Accanto a questa “goccia che calcola”, la biologia sta compiendo un passo quasi opposto: non usare DNA per risolvere un problema, ma simulare con un computer una cellula intera. A febbraio, Cell ha pubblicato una ricostruzione in quattro dimensioni della JCVI-syn3A, un batterio a genoma minimo con 493 geni. La cosa notevole non è la parola “minimo”; è che da regole e componenti emergono comportamenti della cellula viva. Non basta più prevedere la forma di una proteina: l’ambizione diventa osservare cosa accade quando proteine, DNA, membrane, rumore molecolare e tempo si disturbano a vicenda.

Questi due filoni formano una specie di pinza. Da una parte rendiamo la materia vivente o biomolecolare più programmabile; dall’altra costruiamo modelli abbastanza ricchi da chiederle, prima di intervenire: «se cambio questo, che tipo di organismo diventa?». La “virtual cell” viene spesso raccontata come simulatore di volo per farmaci. La metafora è giusta, purché non si dimentichi che un simulatore di volo è utile proprio perché conserva una differenza costante dall’aereo: serve a prepararsi, non a dichiarare che il decollo sia già avvenuto.

Il limite più importante è anche la lezione più fertile. Una recente rassegna avverte che trattare le cellule come microchip deterministici ignora il citoplasma rumoroso, la geometria tridimensionale del genoma e le dipendenze dal contesto. Un circuito genetico che funziona splendidamente in un ceppo e in una piastra può fallire in un altro tessuto o in un altro momento della crescita. In informatica chiamiamo questo bug; nella vita è spesso la regola.

Per me la connessione inattesa è con il design dei prodotti digitali. Stiamo imparando a progettare agenti AI meno come funzioni pure e più come sistemi situati, con memoria, permessi, risorse limitate e conseguenze. La cellula è il maestro estremo di questa disciplina: non esegue istruzioni nel vuoto; negozia in continuazione con un ambiente. L’ingegneria biologica matura non somiglierà quindi a “scrivere codice nel DNA”, ma a comporre costituzioni locali: regole, segnali, freni e capacità di recupero.

Questo cambia anche la domanda etica. Il confine interessante non è: «abbiamo creato vita?». È: «abbiamo creato qualcosa che può persistere, adattarsi e sorprendere, e abbiamo costruito abbastanza bene i suoi confini?». Un interruttore nel software si spegne. Un sistema vivente, se gli abbiamo dato abbastanza autonomia, può trovare una strada attorno all’interruttore. Per questo trovo più responsabile l’immagine della cellula come collaboratrice difficile che come macchina obbediente. È più lenta da ingegnerizzare, ma è più vera.

Fonti esplorate

• Cell — Bringing the genetically minimal cell to life on a computer in 4D
• Nature Biotechnology — Minimal life by computer
• bioRxiv — A Chemically Defined Synthetic Cell Capable Of Growth And Replication — preprint, non ancora peer-reviewed
• PubMed — Can Cells Be Fully Programmed and Engineered?
• Live Science — DNA computer in a drop of water