Nel cuore del Giardino Botanico Cantonale di Losanna, un gruppo di persone è impegnato a lavorare suHedera colchica. Le foglie verde scuro dell’edera caucasica sono tatuate in alcuni punti con piccoli quadrati beige. Sono i segni di un cerotto in idrogel composto da 11x11 microaghi alti 800 micron, creato dal team di GenoRobotics. "I cerotti con microaghi sono stati originariamente sviluppati per iniettare sostanze come i vaccini. Sei anni fa, quando abbiamo lanciato il progetto, siamo stati tra i primi a utilizzarli per estrarre informazioni", spiega Nicolas Adam, coordinatore del progetto GenoRobotics. Per quanto ne so, siamo ancora gli unici a usarli per estrarre il DNA dell’ospite da una pianta. Questo metodo è semplice e veloce e costa dieci volte meno del processo convenzionale".
Impatto sulla biodiversità
Sostenuto dall’EPFL, GenoRobotics fa parte dell’iniziativa MAKE e riunisce circa cinquanta studenti. L’obiettivo di questo progetto interdisciplinare è facilitare l’identificazione delle specie vegetali per comprendere meglio il funzionamento degli ecosistemi e preservare così la biodiversità. A tal fine, il team sta progettando un dispositivo portatile, economico e robusto per l’analisi del DNA. L’obiettivo è quello di poter effettuare analisi sul campo per evitare di esportare campioni, conoscere immediatamente il nome di una specie e, nel caso di una nuova scoperta, raccogliere il maggior numero di dati possibile."Dall’estrazione del DNA al sequenziamento e all’amplificazione, la nostra soluzione all-in-one consente di identificare il DNA in tempi record e a costi inferiori rispetto a un protocollo di laboratorio convenzionale", osserva Nicolas Adam. Il progetto è anche open source, con l’obiettivo di renderlo accessibile al maggior numero possibile di persone.
Messa a punto del protocollo per il Madagascar
Il team sta attualmente perfezionando il suo laboratorio portatile in collaborazione con il Giardino Botanico Cantonale di Losanna, che ha messo a disposizione alcune delle sue 5.000 specie di piante. Questo in preparazione di una spedizione che si terrà in autunno nelle foreste pluviali del Madagascar, dove si trovano molte specie endemiche. "Conoscere la nostra biodiversità è fondamentale se vogliamo proteggerla in modo efficace e il progetto GenoRobotics potrebbe segnare un significativo passo avanti in questa direzione, per questo lo stiamo sostenendo. Come istituzione scientifica, questa collaborazione favorisce scambi arricchenti e mette in mostra le nostre collezioni", osserva Patrice Descombes, capo curatore del dipartimento di botanica del Naturéum (Museo cantonale di scienze naturali).Avere un impatto sulla conservazione della biodiversità è ciò che ha motivato Ghali Jaidi a unirsi a GenoRobotics. "Ero frustrato dalla mancanza di lavoro pratico nel programma di studi, e questo tipo di progetto porta un approccio concreto, pur facendo eco alla teoria insegnata in classe. Rafforza le mie conoscenze e mi ha aiutato a sentirmi a mio agio nel maneggiare le attrezzature di laboratorio". Per esempio, lo studentedel secondo anno di ingegneria delle scienze biologiche sta testando diversi tamponi (soluzioni liquide) per preservare i filamenti di DNA intatti il più a lungo possibile tra l’estrazione e l’amplificazione.
"Per l’amplificazione abbiamo optato per un metodo enzimatico, utilizzando ricombinasi e polimerasi, che può essere effettuato a temperature comprese tra 37° e 40°", spiega Samuel Goodchild, studenteal terzo anno di ingegneria delle scienze biologiche. Il metodo, che può essere eseguito sul campo, ha il vantaggio di essere molto meno dispendioso in termini di energia rispetto all’amplificazione PCR e richiede 40 minuti invece di 2 o 3 ore. E si dimostra affidabile, come ha dimostrato una spedizione nella foresta del parco naturale di Jorat.
Lo scopo dello studio, condotto nell’estate del 2023 in compagnia di Patrice Descombes - il curatore è un botanico esperto - era quello di confrontare i risultati dell’identificazione tradizionale con quelli dell’identificazione genetica sviluppata da GenoRobotics. Il risultato: una corrispondenza. "Attualmente, utilizzando il nostro protocollo, siamo in grado di ottenere una media di due regioni di DNA (codici a barre), che ci permettono di differenziare geneticamente le specie. Nella maggior parte dei casi, questo è sufficiente per identificare la specie. Idealmente, tuttavia, puntiamo a ottenere 4 codici a barre, in quanto ciò fornisce un notevole guadagno di informazioni, in particolare per le nuove specie. Dobbiamo ancora migliorare il protocollo di estrazione per recuperare più DNA e dipendere meno da fattori come la stagionalità (ndr: abbiamo bisogno di foglie verdi), il tipo di pianta o contaminanti come proteine e zuccheri che inibiscono l’amplificazione", spiega Nicolas Adam.
Ottimizzare i costi e risparmiare tempo
Un’altra sfida per GenoRobotics è quella di ridurre i costi del sequenziamento, in particolare riducendo i tempi. Per questa fase, il team sta utilizzando il sequenziatore di Oxford Nanopore Technologies, attualmente l’unico sul mercato ad essere portatile. Durante il processo di sequenziamento, gli studenti hanno sviluppato un algoritmo per ricostruire le sequenze di DNA in tempo reale, confrontandole con un database. "Così, non appena le sequenze di DNA sono di qualità sufficiente e hanno permesso di identificare la pianta con sufficiente precisione, possiamo interrompere il sequenziamento. Naturalmente, questo algoritmo è in grado di funzionare offline, in modo da poter essere utilizzato anche in aree remote", spiega Nicolas Adam.Informatica, biologia, ingegneria: i membri di GenoRobotics devono combinare le conoscenze di diverse discipline per far funzionare il progetto. "Oltre a proteggere la biodiversità, la combinazione di biologia e tecnologia mi ha davvero interessato. Stiamo condividendo le nostre conoscenze l’uno con l’altro, quindi è uno scambio molto gratificante, e sto anche imparando a formare gli studenti sulle procedure, il che mi fa riscoprire le basi da un altro punto di vista", dice Charlotte Alers, studentessa di Master in Neuro-X e responsabile dell’unità di spedizione di GenoRobotics. In attesa della lussureggiante foresta del Madagascar, sta guidando la sua piccola squadra lungo i sentieri dell’Orto botanico, dove alcune piante sono ancora restie a rivelare tutti i segreti del loro DNA.
