Per la settima volta, gli studenti dell’Università Heinrich Heine di Düsseldorf (HHU) partecipano al concorso annuale “International Genetically Engineered Machine” (iGEM), il più grande concorso di biologia sintetica. Entro nove mesi, gli studenti pianificano e portano avanti il proprio progetto di ricerca al fine di risolvere problemi esistenti e dare un contributo al progresso scientifico. Quest’anno si tratta di “bio-inchiostro” per stampanti 3D, prodotto dai batteri.
Il team vuole sviluppare un sistema indipendente e sostenibile per poter produrre strumenti e materiali di consumo in luoghi remoti della terra – ad esempio nelle stazioni di ricerca antartiche – o nello spazio. In altre parole, in luoghi dove, ad esempio, i pezzi di ricambio possono essere trasportati solo con grande difficoltà e dove ha senso produrre da soli tali esigenze. Gli studenti vorrebbero combinare le possibilità della stampa 3D convenzionale con un bio-inchiostro appositamente progettato per poter sostituire le rotte di trasporto costose e dannose per l’ambiente, ad esempio voli di rifornimento aggiuntivi.
“La fornitura continua di una spedizione di ricerca crea grossi problemi. Le vie di trasporto spesso non sono sicure e i ricercatori difficilmente possono reagire a circostanze spontanee in loco, che possono limitare la loro capacità di lavorare e, nel peggiore dei casi, mettere a rischio la sicurezza delle persone coinvolte. Inoltre, trasportare pochi chilogrammi di materiale nello spazio non solo costa decine di migliaia di euro, ma emette anche diverse centinaia di tonnellate di CO2 nella nostra atmosfera. È proprio qui che ci sforziamo per una soluzione alternativa”, spiega Yasemin Baran, uno dei team leader, l’obiettivo del progetto “CosMIC”. Il nome CosMIC è composto dai termini “Cosmos”, per l’attenzione allo spazio, e “Microorganismi”, per i batteri modificati dal team e utilizzati per produrre il bio-inchiostro.
Agli occhi degli studenti, la stampa 3D è un’opzione adatta per un processo di produzione indipendente in tali missioni. Tuttavia, per ottenere un sistema veramente indipendente e sostenibile, i batteri del suolo dovrebbero fornire il materiale di stampa necessario: combinando due polimeri di zucchero, il “bio-inchiostro” concepito dovrebbe essere prodotto solo da batteri coltivati e, inoltre, consentire diverse proprietà dei prodotti. I batteri utilizzati, della specie Azotobacter vinelandii, necessitano solo di poche risorse per la loro crescita e possono anche fissare autonomamente l’azoto dall’ambiente, motivo per cui il sistema richiede molto meno materiale di partenza da trasportare.
Per ottimizzare il processo di produzione e ottenere la diversità dei tuoi prodotti stampati, i batteri utilizzati sono geneticamente modificati: “In primo luogo, aumentiamo la produzione naturale dell’alginato polimerico, che i nostri batteri producono naturalmente e che costituisce la base del nostro inchiostro. D’altra parte, consentiamo ai nostri batteri di produrre ulteriore cellulosa, che dovrebbe garantire la resistenza del materiale. Anche la produzione di cellulosa, che si trova nelle pareti cellulari delle piante, dovrebbe essere controllata con un interruttore genetico. Questo dovrebbe essere attivato mediante irraggiamento con luce blu. In questo modo, il nostro inchiostro dovrebbe offrire proprietà flessibili e un’ampia gamma di possibili applicazioni”, afferma il membro del team Oliver Kraft.
iGEM offre agli studenti l’opportunità di acquisire una vasta gamma di esperienze di progetto all’inizio della loro carriera accademica. “Non solo le competenze nella progettazione teorica e nella realizzazione pratica della propria ricerca in laboratorio, ma anche lo scambio del proprio progetto con i compagni fuori dal nostro Ateneo e anche oltre i confini nazionali rappresentano esperienze importanti per il nostro percorso futuro”, aggiunge Kraft .
Per ottimizzare il proprio inchiostro e adattarlo anche alle condizioni e alle esigenze effettive delle spedizioni di ricerca nello spazio, il team ha scambiato idee con esperti di varie aree nel corso del progetto, sia all’interno dell’HHU che con scienziati della vita del Centro tedesco per Air and Space Center (DLR).
Il concorso iGEM pone ai partecipanti anche richieste che vanno oltre la ricerca vera e propria: “In particolare, la comunicazione con il grande pubblico e la riflessione critica sulle moderne possibilità della biologia sintetica giocano un ruolo centrale nel concorso. Ad esempio, siamo stati in grado di organizzare workshop per il “Campus of Ideas” insieme all’Università spaziale europea per la Terra e l’umanità (UNIVERSEH), di cui HHU fa parte. Presentiamo il nostro lavoro anche nelle scuole e negli istituti professionali in modo da poter discutere le nostre idee con altre persone, e in particolare le opportunità e i rischi dei metodi di ingegneria genetica”, spiega Florian Hänsel, anche capo del team.
Il “Campus of Ideas” è stato organizzato per la prima volta nel semestre estivo 2022 dal Center for Entrepreneurship Düsseldorf (CEDUS) presso l’HHU e offre alle parti interessate un’ampia gamma di attività, concorsi, conferenze e workshop su un’ampia varietà di argomenti in materia di innovazione, brainstorming e implementazione di idee.
Team CosMIC
Quest’anno, il team è composto da 14 studenti di bachelor di diversi semestri, principalmente di biologia, ma anche di chimica e informatica. Ogni anno, le squadre sono accompagnate da un gruppo di “consiglieri”, che di solito hanno già partecipato con successo alla competizione stessa. Inoltre, le squadre sono supervisionate da due “Principal Investigators”, quest’anno dal Prof. Dr. Guido Grossmann dell’Institute for Cell and Interaction Biology e il Prof. Dr. Matias Zurbriggen dell’Istituto di Biologia Sintetica.
Il concorso iGEM
Il concorso è stato lanciato negli Stati Uniti presso il Massachusetts Institute of Technology e si tiene ogni anno dal 2003. iGEM sta per “International Genetically Engineered Machine”. Il concorso consente a squadre di studenti provenienti da tutto il mondo di realizzare il proprio progetto nel campo della biologia sintetica e di presentarlo sul grande palco alla finale, il jamboree di ottobre di ogni anno, davanti a una giuria specializzata e rappresentanti di industria.
iGEM si basa sul principio della ricerca congiunta, in quanto eventuali costrutti genetici creati dalle squadre vengono raccolti in una libreria di competizione e messi a disposizione delle squadre negli anni successivi. Nella biologia sintetica, un’ampia varietà di organismi con nuovi meccanismi viene creata utilizzando metodi di ingegneria genetica combinando tali costrutti e componenti. I team iGEM cercano di affrontare i problemi esistenti nell’industria, della medicina o dell’ambiente, o di sviluppare nuovi processi e metodi di lavoro scientifico.
In un periodo di nove mesi, i team organizzano il loro progetto dal brainstorming e dall’acquisizione di sponsor al lavoro di laboratorio e alla presentazione finale. Il Jamboree si svolgerà per la prima volta nel 2022 all’Expo di Parigi, dove verranno presentati i progetti di 360 team provenienti da oltre 40 paesi. Finora, gli studenti di Düsseldorf hanno vinto quattro volte la medaglia d’oro.
