In tutti gli organismi viventi, l'informazione genetica è conservata nel DNA, una lunga catena di unità chiamate nucleotidi, composte da basi azotate.

Le basi azotate del DNA possono essere solo di quattro tipi: adenina, citosina, guanina e timina, indicate anche con le quattro iniziali: A, C, G e T. Per questo si usa spesso dire che l'alfabeto della vita è scritto con sole quattro lettere. Ma che cosa succederebbe se si aggiungessero artificialmente altre lettere a questo alfabeto?

È quello che cerca di scoprire da quasi 20 anni il gruppo di ricerca guidato da Floyd E. Romesberg, dello Scripps Research Institute di La Jolla, in California. L'obiettivo è verificare se l'aggiunta di nuovi nucleotidi in  organismi semplici, come  i batteri, possa estendere la capacità del DNA di immagazzinare informazioni, e in che modo ne verrebbero modificati i processi cellulari.

La pietra miliare di questo campo di ricerca è uno studio del 2008 che scoprì alcune molecole in grado di legarsi ai nucleotidi naturali formando una molecola di DNA modificata che si replica in vitro in presenza degli enzimi che catalizzano la replicazione del DNA naturale.

Mancava però la conferma che questo macchinario biomolecolare potesse funzionare all'interno di una cellula vivente. Questo ulteriore passo avanti è stato compiuto nel 2014 quando è stata realizzata una cellula di Escherichia coli, un comune batterio, in cui è stato inserito un plasmide, cioè un filamento di DNA circolare, modificato con l'inserimento di una nuova coppia di nucleotidi denominati d5SICS e dNaM.

In quello studio, per dotare la cellula degli strumenti necessari alla replicazione del DNA non naturale, i ricercatori vi avevano inserito specifici nucleosidi trifosfati, i mattoni elementari per la sintesi dei nucleotidi, e un transporter, una molecola che trasporta e nucleosidi all'interno delle cellule.

La cellula batterica semisintetica però cresceva poco e solo in condizioni controllate. Inoltre, il suo DNA non era in grado di immagazzinare i nucleotidi artificiali a tempo indefinito, un prerequisito fondamentale per un organismo semisintetico.

In quest'ultimo studio, apparso sui "Proceedings of the National Academy of Sciences", Romesberg e colleghi hanno migliorato l'organismo semisintetico sotto diversi aspetti.

In primo luogo hanno ottimizzato la chimica dei nucleotidi artificiali e hanno sfruttato le potenzialità del sistema CRISPR-Cas, il sistema immunitario grazie a cui i batteri riescono a difendersi dalla minaccia dei virus tagliando il DNA in specifici punti: in particolare, gli autori hanno usato l'enzima Cas9 per eliminare i tratti di DNA "difettosi" che non riuscivano a integrare i nucleotidi artificiali.

L'organismo semisintetico così modificato ha dimostrato di crescere in modo più stabile e di conservare nel patrimonio genetico i nucleotidi artificiali a tempo indefinito, integrando così un alfabeto della vita basato su sei lettere.