Manipolare il Dna: una rivoluzione chiamata gene editing

L’utilizzo delle metafore nella ricerca scientifica è molto diffuso per diverse ragioni. Una di queste risiede nella capacità di trasmettere al grande pubblico i risultati raggiunti senza l’utilizzo di faticosi tecnicismi e di un linguaggio gergale. In altri termini, facilita lo svolgimento da parte degli scienziati delle lezioni esoteriche dei grandi filosofi greci.

 

È questo il caso dell’ultima, per ora, delle grandi rivoluzioni in biologia: l’acquisita capacità di modificare le sequenze di Dna di un genoma. Come presentare al grande pubblico, senza utilizzare difficili concetti di biologia molecolare degli acidi nucleici, le tecniche utilizzate? Semplice: suggerendo di immaginare il genoma degli organismi viventi come un grande libro contenente le istruzioni per la loro formazione e funzionamento e scritto con le quattro lettere che costituiscono gli acidi nucleici.

Tali tecniche permettono di sostituire, cancellare, alterare anche una sola (o più) di quelle lettere. Sono, pertanto, dei «correttori di bozze del genoma» (genome editing) di quel libro nelle mani dei biologi. Sono ormai diverse decadi che svariate tecniche di genome editing sono state sviluppate (Zinc Fingers Nucleases, ZFN, e Transcription Activator-Like Effector Nucleases, TALENs, tra le altre) ed impiegate per editare singoli geni (gene editing) ma è solo con l’avvento della ben più efficiente e precisa tecnica di Crispr-Cas9 che il loro impiego ha richiamato l’attenzione del grande pubblico. La Fondazione Umberto Veronesi ha dedicato un proprio documento, di facile lettura, a questo tema.

 

Tanto è complesso l’acronimo CRISPR-Cas9 (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats - CRISPR Associated protein 9), tanto è semplice e ingegnosa la tecnica. Per comprenderne appieno il funzionamento, è bene fare una precisazione. Grazie al lavoro di due biologhe molecolari, Emmanuelle Charpentier e Jennifer Doudna, si è capito come i batteri si difendono dall’attacco dei virus batteriofagi che si replicano grazie ad essi (uccidendoli). Ogni qual volta un virus assale i batteri, questi ultimi sono in grado di trattenere un piccolo frammento dell’acido nucleico virale così da utilizzarlo come memoria genetica dell’infezione virale subita cosicché in presenza di una nuova infezione riconoscono il virus invasore e attivano un enzima capace di tagliarne e degradarne il genoma. In epoca di discussione sullo scarso valore attribuito al lavoro femminile, in ogni tipo di attività, fa piacere sapere che presto le due biologhe riceveranno il prestigioso premio Nobel per la fisiologia o la medicina (non appena si placheranno le battaglie legali sui brevetti legati alla loro scoperta). (**AGGIORNAMENTO: il 7 ottobre a Doudna e Charpentier è stato assegnato il Premio Nobel per la Chimica).

Il meccanismo difensivo dei batteri (una sorta di risposta immunitaria) è proprio CRISPR-Cas9. Oggigiorno questa tecnica è nelle mani dei biologi che sapientemente sanno sintetizzare in laboratorio piccoli frammenti di Rna per impiegarli come guide così da trascinare l’enzima (Cas9, capace di tagliare) su un bersaglio (target) desiderato di Dna di qualsivoglia vivente, vegetale o animale, così da correggere le bozze modificando a piacimento qualunque sequenza genomica di qualunque organismo.

 

La tecnica è di facile attuazione e poco costosa: poche decine di euro contro le migliaia del costo delle altre in uso da più anni. Per avere un’idea esaustiva della raffinatezza e potenzialità di CRISPR-Cas9 è possibile guardare un bellissimo docu-film vincitore di tanti premi: «Human Nature». Si può così riflettere ed esprimersi dinnanzi alle possibili applicazioni che spaziano dalle produzioni industriali al controllo di specie patogene per le produzioni agricole sino a quelle di terapia medica. Quest’ultimo è l’aspetto che più interessa il grande pubblico, anche se l’impiego di queste tecniche in vari tipi di biotecnologie è già molto avanzato senza che ciò abbia suscitato grandi allarmi o dibattiti. Si pensi alle applicazioni in biotecnologie bianche (le applicazioni industriali) in campo energetico per la produzione su larga scala di carburanti ecologici sfruttando il metabolismo di microbi ingegnerizzati per la fermentazione di risorse rinnovabili; la produzione di solventi per la degradazione della cellulosa alterando il genoma di Clostridium cellulolyticum; la produzione di molecole di interesse per la chimica alimentare o per la cosmetica per non dire della produzione di nuovi antibiotici alterando il genoma di Streptomyces albus; o biotecnologie verdi (le applicazioni in agricoltura per piante resistenti ai funghi) o blu (organismi acquatici) o grigie (ambientali, rimozione di inquinanti, conservazione ecosistemi).

 

E dunque deve essere ben chiaro che il genome editing è già in uso per attivare o reprimere la trascrizione di geni di interesse, per la produzione su larga scala di nuove molecole ad azione antivirale, antimicrobica, per localizzare sonde fluorescenti capaci di marcare specifiche regioni del Dna ritenute coinvolte nello sviluppo dei tumori. Per evitare facili illusioni o paure fuori luogo sull’impiego in biologia umana, è bene ricordare che la quasi totalità delle caratteristiche genetiche (le malattie, per non dire dei comportamenti) sono determinate da una moltitudine di geni (molti ancora non noti) che si dovrebbero simultaneamente correggere per ottenere modificazioni, guarigioni. Certo, è stata utilizzata la tecnica CRISPR-Cas9 per editare il genoma di due gemelline cinesi così da permettere loro di non contrarre l’infezione da HIV (e dunque sviluppare l’AIDS) e questo genera lecite obiezioni. Mentre l’utilizzo di CRISPR per eliminare dal pianeta Terra le zanzare vettore del plasmodio della malaria (nel solo 2018 la malaria ha ucciso oltre 400.000 persone), può suscitare consensi.

Fermo resta che sia doveroso contribuire alle ricerche sul gene editing per renderle capaci di eliminare dal genoma umano (di tutti, non solo da quello dei possessori di carta di credito) tratti genetici causativi di malattie, sofferenza ed esclusione sociale e che potremo debellare. La ricerca sta muovendosi a passi da gigante per trovare il modo di minimizzare i tagli-e-cuci fuori bersaglio (le interazioni non specifiche con la catena del DNA) da parte degli enzimi Cas e per massimizzarne la precisione di riconoscimento del bersaglio (un fiorire di brevetti, e battaglie legali, per la biobased economy). Come tutte le rivoluzioni, porta con sé paure (dei cittadini non informati correttamente), battaglie legali (sui brevetti), investimenti economici (Apple, Google, Microsoft, Facetime, Fondazione Gates, Volkswagen Foundation).

 

È evidente che il potenziale uso per l’editing del genoma umano o per quello di genomi cruciali al mantenimento di interi ecosistemi costituisce una grande sfida intellettuale per i dubbi e le preoccupazioni di natura etica, tutti aspetti che debbono essere valutati per tempo, ben prima che sia possibile la loro applicazione diretta. Per valutare ragioni e critiche di scelte tanto dirompenti, suggerisco la lettura di un altro documento del comitato etico che dirigo: quello relativo al gene-drive (clicca qui per consultarlo).