La crescente resistenza agli antibiotici sta spingendo la comunità scientifica a riscoprire armi terapeutiche dimenticate: i batteriofagi, virus che infettano esclusivamente i batteri, utilizzati come trattamento medico fin dall'inizio del secolo scorso. Nonostante il rinnovato interesse, la ricerca sui fagi è rimasta finora ancorata a virus naturali, principalmente a causa della lentezza e complessità delle tecniche tradizionali di modifica genetica. Un nuovo studio pubblicato sulla rivista PNAS segna una svolta radicale in questo campo, presentando il primo sistema completamente sintetico per progettare batteriofagi su misura.
Il risultato nasce dalla collaborazione tra New England Biolabs (NEB) e l'Università di Yale, e dimostra come sia possibile costruire virus terapeutici interamente a partire da sequenze digitali di DNA, senza dipendere da campioni virali esistenti. Il bersaglio scelto per questa dimostrazione tecnologica è Pseudomonas aeruginosa, un batterio notoriamente resistente agli antibiotici che rappresenta una minaccia sanitaria globale, particolarmente insidioso negli ambienti ospedalieri dove può causare infezioni polmonari, del tratto urinario e del sangue.
La piattaforma tecnologica al centro di questa innovazione si chiama High-Complexity Golden Gate Assembly (HC-GGA) e permette di assemblare genomi virali completi al di fuori delle cellule, utilizzando frammenti di DNA sintetico. Nel caso specifico, i ricercatori hanno costruito un fago completo per P. aeruginosa assemblando 28 segmenti di DNA, incorporando durante la costruzione tutte le modifiche genetiche pianificate: mutazioni puntiformi, inserzioni ed eliminazioni di sequenze specifiche.
Questa capacità di "riscrivere" le specificità d'infezione rappresenta un vantaggio cruciale per lo sviluppo di terapie fagiche personalizzate. I ricercatori hanno anche integrato nel genoma virale marcatori fluorescenti che rendono visibili le infezioni batteriche in tempo reale, uno strumento prezioso sia per la ricerca di base che per potenziali applicazioni diagnostiche. Come spiega Andy Sikkema, co-primo autore dello studio e ricercatore presso NEB, anche nei migliori scenari, l'ingegneria dei batteriofagi è stata estremamente laboriosa, con ricercatori che dedicavano intere carriere a sviluppare processi per modificare fagi modello specifici.
Il metodo Golden Gate Assembly presenta vantaggi metodologici sostanziali rispetto alle tecniche convenzionali di assemblaggio del DNA. Mentre altri approcci combinano frammenti più lunghi e quindi più difficili da gestire, questa piattaforma utilizza segmenti più corti, che risultano più semplici da produrre, meno tossici per le cellule ospiti e meno soggetti a errori di sintesi. La tecnica si rivela particolarmente efficace con genomi fagici che contengono sequenze ripetute o contenuti estremi di guanina-citosina (GC), caratteristiche che tradizionalmente complicano l'assemblaggio del DNA e che sono comuni nei virus che infettano patogeni resistenti.
Un ulteriore vantaggio riguarda la sicurezza e la praticità della ricerca. Gli approcci tradizionali richiedono il mantenimento di campioni fisici di fagi e l'uso di batteri ospiti specializzati, operazioni particolarmente problematiche quando si lavora con virus che infettano patogeni umani pericolosi. Il sistema sintetico elimina queste necessità, permettendo di introdurre il genoma assemblato in ceppi di laboratorio sicuri dove si trasforma in un batteriofago attivo, evitando cicli ripetuti di screening o modifiche genetiche graduali all'interno di cellule viventi.
La collaborazione tra NEB e Yale ha dato vita a un ecosistema di ricerca più ampio. Greg Lohman, Senior Principal Investigator presso NEB e coautore dello studio, descrive il processo con un'analogia efficace: il mio laboratorio costruisce 'martelli strani' e poi cerca i chiodi giusti. In questo caso, la comunità della terapia fagica ci ha detto: 'Questo è esattamente il martello che stavamo aspettando'. I ricercatori di NEB avevano infatti sviluppato e perfezionato per anni la tecnica Golden Gate Assembly per gestire target di DNA di grandi dimensioni composti da molti frammenti, quando i colleghi di Yale hanno riconosciuto il potenziale di questi strumenti per la biologia dei fagi.
La dimostrazione iniziale del metodo è stata condotta utilizzando il fago T7 di Escherichia coli, un virus modello ben studiato, prima di espandere l'applicazione a fagi non-modello che attaccano batteri tra i più resistenti agli antibiotici. L'approccio si è rivelato versatile: uno studio correlato pubblicato su PNAS nel novembre 2025, frutto della collaborazione con il laboratorio di Hatfull all'Università di Pittsburgh e Ansa Biotechnologies, ha applicato la stessa tecnica Golden Gate per costruire fagi di Mycobacterium con alto contenuto di GC. Un'altra ricerca pubblicata su ACS nel dicembre 2025, sviluppata con l'Università Cornell, ha utilizzato fagi T7 sinteticamente modificati come biosensori per rilevare E. coli nell'acqua potabile.
Le prospettive aperte da questo sistema sintetico sono molteplici. La possibilità di progettare rapidamente batteriofagi su misura potrebbe accelerare lo sviluppo di terapie mirate contro infezioni batteriche resistenti, un'urgenza sempre più pressante data la diffusione globale di ceppi multiresistenti. La tecnica consente inoltre di esplorare territori finora inaccessibili della biologia fagica, costruendo virus con caratteristiche mai osservate in natura o ottimizzando proprietà terapeutiche specifiche.
