La biologia sintetica studia i principi di progettazione e le tecniche di
fabbricazione di sistemi biologici artificiali, progettati sia per
realizzare una specifica funzione biologica non esistente in natura,
che per controllare a piacimento il funzionamento di processi
biologici naturali. Tali sistemi sono realizzati in batteri oppure in
cellule di organismi superiori utilizzando i costituenti molecolari
delle cellule come materiale da costruzione, e la cellula stessa, come
macchina programmabile. La programmazione è eseguita
incorporando nelle cellule un programma genetico sintetico che
contiene le “istruzioni” per attuare la funzione desiderata (molecole
di DNA esogeno opportunamente sintetizzate). Quando la cellula
esegue il programma sintetico, essa realizza un circuito molecolare
che ne determina il comportamento predefinito. Il programma
genetico può essere scritto assemblando sequenze standardizzate di
DNA aventi funzione biologica nota, come i BioBrick utilizzati in
batteri. Attualmente, sono disponibili alcune migliaia di BioBrick le
cui caratteristiche sono descritte nel Registry of Standard Biological
Parts (http://partsregistry.org), una delle principali collezioni di parti
biologiche, gestita dai laboratori del Massachusetts Institute of
Technology.
La biologia sintetica sfrutta le conoscenze acquisite dalla biologia e
applica al materiale biologico i principi classici dell’ingegneria:
astrazione, modularità e standardizzazione. La scuola introduce
questi aspetti iniziando con alcuni richiami di biologia cellulare e
quindi riprende, con una serie di lezioni, la teoria e i modelli di circuiti
e reti geniche allo scopo di fornire gli strumenti per l’analisi teorica e
la simulazione dei sistemi biologici naturali e artificiali.
Per avvicinare gli allievi agli aspetti pratici della programmazione
cellulare e della validazione dei circuiti genetici, sono previste delle
lezioni sulle tecniche di laboratorio utilizzate in biologia sintetica.
Inoltre, una lezione di filosofia e una di economia affrontano le
possibili implicazioni socio-economiche connesse all'applicazione di
tali tecniche al materiale biologico.
La biologia sintetica, oltre a dare un contributo tecnico allo sviluppo
della conoscenza dei meccanismi che governano il funzionamento
della cellula, è considerata una disciplina molto promettente per le
potenziali ricadute industriali tanto da essere considerata alla base
della bioeconomia. Sono già numerosi gli esempi di applicazioni della
biologia sintetica in svariati campi, tra cui: Health, Medicine, Food,
Energy, Environment. La giornata conclusiva della scuola è perciò
dedicata ad una rassegna sulle applicazioni più significative della
biologia sintetica.