Crispr, ecco oggi com’è possibile “tagliare” e “cucire” il Dna

Ecco le dieci scoperte scientifiche del 2015 

Semplice, efficace, sicura. Ed estremamente promettente, al punto da poter “sconvolgere” le possibilità di ricerca disponibili nel mondo della biologia. Così gli scienziati definiscono la metodologia Crispr, riconosciuta dalla rivista Science - che a dicembre dà sempre i “voti” alle scoperte registrate nei mesi precedenti - come la svolta dell’anno. La messa a punto della nuova tecnica di “taglia-e-cuci” del genoma si inserisce nella dimensione della medicina di precisione.

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UNA NUOVA SOLUZIONE PER “TAGLIARE” IL DNA - Sviluppata pochi anni fa da Jennifer Doudna (docente di biologia cellulare e molecolare all’Università della California) ed Emmanuelle Charpentier (direttore dell’istituto di biologia delle malattie infettive del Max Planck Institute di Berlino), la tecnica Crispr - l’acronimo sta per brevi ripetizioni palindromiche raggruppate di Dna regolarmente intervallate - rientra nel più ampio ventaglio delle procedure di “editing” del genoma. I Crispr - è così che vanno definite queste sequenze, separate da brevi porzioni di Dna “distanziatore” - fanno parte del genoma di quasi tutti i batteri. Si tratta di brevi sequenze di Dna che risultano associate ai geni Cas, codificanti per enzimi (elicasi e nucleasi) in grado di “tagliare” l’acido nucleico. Un complesso che permette agli organismi procarioti di regolare l’inserimento di materiale genetico esterno, proveniente da plasmidi e fagi. Ma che, ed è questo l’enorme potenziale applicativo nella medicina, si candida a essere una possibile soluzione per tutte le malattie con una base genetica. «L’utilizzo di questa tecnica, assieme all’optogenetica, permetterà di compiere enormi passi avanti nella comprensione di malattie genetiche, neurologiche, psichiatriche e oncologiche», afferma Emilio Bizzi, professore di neurofisiologia al Massachusetts Institute of Technology di Boston. Completata la gamma di associazioni tra i uno o più geni e una malattia, la speranza è di poter intervenire eliminando la porzione “difettosa” del Dna e inserendone una corretta.

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LA STORIA DELL’EDITING DEL GENOMA - Nella storia della biologia molecolare ci si è sempre posti il problema di come poter fare "genome editing", ossia "tagliare e cucire" sequenze di Dna. Rompere l’acido nucleico non è mai stato un grosso ostacolo, dal momento che si è sempre fatto largo uso degli enzimi di restrizione (riconoscono piccole sequenze di Dna e le tagliano) e dell’Rna interference (sequenze di Rna in grado di associarsi in maniera specifica a sequenze di Dna omologo, impedendone il funzionamento). Tuttavia queste tecniche sono oggi considerate "primitive", data la loro bassissima specificità. Per questa ragione negli ultimi decenni sono state sviluppate nuove tecniche basate su endonucleasi ricombinanti, ossia enzimi modificati artificialmente per tagliare il genoma in maniera estremamente specifica, nel punto desiderato. Queste tecniche - meganucleasi, nucleasi zinc-fingers e TALENs - però necessitano di lunghi tempi di elaborazione e altissimi costi di produzione prima di poter arrivare a un enzima funzionale, preciso, specifico ed efficiente. Al contrario, la metodica Crispr rappresenta un'alternativa più abbordabile dal punto di vista del bilancio di costi e benefici, oltre ad avere l'indiscusso vantaggio di poter "tagliare" più sequenze in una sola volta.

MANIPOLATO PER LA PRIMA VOLTA IL DNA UMANO DI UN EMBRIONE - L’utilizzo dei Crispr nell’editing del genoma è stato studiato negli ultimi vent’anni, ma è alla luce di alcune scoperte realizzate nei mesi scorsi direttamente sull’uomo che s’è accesso il dibattito all’interno della comunità scientifica. Ad aprile in Cina - la ricostruzione del lavoro è apparsa sulla rivista Protein & Cell - è stato modificato per la prima volta il codice genetico di un embrione umano. Come? Merito - questioni etiche a parte - dell’utilizzo dei Crispr. I ricercatori dell’Università di Guangzhou hanno provato a modificare in 86 embrioni (prodotti mediante fecondazione assistita) il gene (HBB) di una delle catene che costituiscono l’emoglobina, la cui mutazione è responsabile dell’insorgenza della beta talassemia (la forma più grave della malattia). L’esperimento è stato reso possibile dall’iniezione negli zigoti dei complessi Crispr-Cas 9 (finalizzata a “tagliare” il Dna in punti specifici) e dal successivo inserimento del gene “sano”. Risultato? L’editing corretto è avvenuto soltanto nella metà degli embrioni sopravvissuti. Segno che la tecnica è promettente, ma ancora ben lontana - come riconosciuto anche dagli autori della ricerca - dall’applicazione nella pratica, vista la possibilità di registrare mutazioni deleterie. Secondo la rivista «in due anni di tempo la metodica Crispr si candida a essere per la biologia cellulare ciò che l’immunoterapia sta rappresentando nella lotta al cancro», come dimostra il riconoscimento dato da Science nel 2013.

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XENOTRAPIANTI PIU’ VICINI PER L’UOMO? - L’altra scoperta che ha permesso alle sequenze Crispr di essere “premiate” riguarda il loro potenziale applicativo nell’ambito degli xenotrapianti, ovvero il «trapianto di uno o più organi effettuato tra animali di specie diverse». Si tratta di una tecnica utilizzata finora soprattutto per lo studio dei tumori (si trapianta nei topi un tessuto colpito da un tumore per studiarne le caratteristiche ed individuare le migliori cure), ma che - se le evidenze del lavoro apparso a ottobre su Science troveranno conferma - si candida a essere una soluzione per ampliare il numero degli organi disponibili per un trapianto. Nello studio, realizzato ad Harvard, i ricercatori hanno utilizzato la Crispr per modificare il Dna - inattivando una sequenza di 62 geni potenzialmente responsabile delle infezioni nell’uomo - delle cellule del maiale (l’animale più “promettente” nell’ottica degli xenotrapianti) e creare una corrispondenza migliore con il genoma umano. Obiettivo: ridurre il rigetto degli organi, una volta prelevati da una specie e trapiantati su un’altra. Dalla ricerca s’è visto che il Dna trattato con Crispr/Cas 9 riduceva la capacità da parte delle cellule suine di infettare quelle umane di almeno un migliaio di volte.

@fabioditodaro

Francesco Mannara
@f_mannara
dottorando in biomedicina, gruppo di neuroimmunologia
Centro di investigazione biomedica August Pi i Sunyer (Idibaps) di Barcellona