Crispr, la potentissima e rivoluzionaria tecnica di editing genetico, diventa ancora più precisa grazie agli ultimi risultati di un team del Mit. Le aspettative sono ora altissime
Crispr si rifà il trucco. E diventa ancora più potente e precisa. Almeno, queste sono le roboanti promesse di un gruppo di scienziati del Broad Institute al Massachusetts Institute of Technology di Cambridge, coordinati dal biologo David Liu (che non a caso nel 2017 fu nominato da Nature tra le dieci personalità scientifiche più importanti dell’anno), che ha appena proposto, sulle pagine della stessa Nature (sic), un miglioramento della tecnica Crispr chiamato prime editing. Che renderebbe le modifiche al genoma, per l’appunto, estremamente più controllabili e meno soggette a errori e malfunzionamenti. Qui è dove cerchiamo di capire di cosa si tratta e quali sono le possibili applicazioni.
Un passo indietro: Crispr 1.0
Crispr è l’acronimo di Clustered Regurarly Interspaced Short Palindromic Repeats, locuzione che indica segmenti di dna che contengono brevi sequenze regolari e ripetute. Si tratta di sequenze particolarmente importanti in natura: sono state osservate, infatti, in circa il 40% dei genomi batterici sottoposti a sequenziamento. Le sequenze Crispr sono particolarmente importanti per l’ingegneria genetica, perché a esse è associato un complesso di geni, il cosiddetto Cas (Crispr-ASsociated, per l’appunto) che codificano enzimi in grado di tagliare il dna.
Una sorta di sistema immunitario per gli elementi genetici: le sequenze Crispr-Cas riconoscono il dna estraneo – per esempio quello dei virus batteriofagi – e lo tagliano ed eliminano. La più importante pietra miliare nella storia della tecnica è stata posta nel 2012, quando un’équipe di scienziati dello Howard Hughes Medical Institute alla University of California, Berkeley e di altri istituti di ricerca pubblicò su Science un lavoro in cui si mostrava come fosse possibile ingegnerizzare Cas9, uno degli enzimi Cas, per modificare in modo relativamente semplice un frammento di dna in colture cellulari umane. Da allora, Crispr-Cas9 è diventata una delle tecniche di ingegneria genetica più potente, popolare e utilizzata al mondo.
I primi aggiornamenti, e cosa ancora non va
Da allora, naturalmente, la ricerca non si è fermata. E negli anni successivi sono stati proposti diversi approcci, modifiche e aggiornamenti alla tecnica, usando per esempio nuovi gruppi proteici (è il caso di Cas12 e CasX) o riducendo il più possibile le alterazioni da apportare al genoma, per minimizzare le possibilità di errore (è il caso della cosiddetta Crispr Skip). Tuttavia, al momento siamo ancora piuttosto lontani dall’ambiziosissimo risultato finale, che è quello di trattare efficacemente e senza effetti collaterali il maggior numero possibile di malattie (non solo genetiche: la lista comprende anche patologie come malaria e Aids), di migliorare i rendimenti di agricoltura e produzione di biocarburanti e tanto altro: Crispr e derivati, infatti, sono ancora soggetti a errori, nel senso che il loro impiego può provocare alterazioni genetiche indesiderate e incontrollabili, e non è ancora chiaro, tra le altre cose, se e quanto possano funzionare su tutti gli esseri umani.
Arriva Crispr 2.0
È in questo quadro che si inserisce il “major upgrade”, come lo hanno definito gli esperti d’oltreoceano, appena pubblicato. Si tratta di un approccio che “offre più controllo sulle modifiche al genoma” e che – è sempre Nature a parlare – “aumenta le possibilità che i ricercatori ottengano solo e soltanto le modifiche che vogliono ottenere, anziché una miscela di alterazioni non predicibili”. Il prime editing, inoltre, dovrebbe ridurre i cosiddetti effetti off-target, ovvero l’azione del sistema su altri geni oltre a quelli desiderati, una sfida cruciale per alcune applicazioni della tecnica Crispr standard. E ancora: il nuovo approccio sembra in grado di attuare un insieme più ampio di modifiche, il che potrebbe allargare lo spettro di malattie potenzialmente trattabili a circa il 90% delle 75mila classificate su ClinVar, il database pubblico sviluppato dai National Institutes of Health statunitensi. Proprietà che, nel complesso, potrebbero rendere questo approccio più sicuro per un futuro uso clinico, ma che si prestano anche a semplificare lo sviluppo e lo studio di malattie “modello” in laboratorio, per comprendere meglio la funzione e il ruolo dei singoli geni.
Entriamo più nello specifico. Crispr-Cas9 e il prime editing lavorano più o meno allo stesso modo, tagliando il dna in un punto specifico del genoma. La prima tecnica rompe entrambi i filamenti della doppia elica e poi lascia al sistema di riparazione delle cellule il compito di riparare i danni e apportare le modifiche desiderate. È proprio questo il punto debole: questo sistema di riparazione non è completamente affidabile, e può inserire (o eliminare) lettere di dna in modo imprevedibile nei punti in cui è stato tagliato il genoma, il che può portare, a cascata, a una combinazione incontrollabile di mutazioni.
Il prime editing è un approccio che aggira questo problema: si serve ancora del complesso Cas9 per riconoscere specifiche sequenze di dna (come fa Crispr-Cas9), ma taglia un solo filamento di dna; successivamente, un secondo enzima, la trascrittasi inversa, guidato a sua volta da un filamento di rna, compie le modifiche in corrispondenza del taglio. In questo modo, dicono i ricercatori, non c’è più bisogno di affidarsi all’incontrollabile sistema di riparazione delle cellule, il che rende la tecnica molto più precisa e gestibile. Tutto questo, per ora, (quasi) solo sulla carta: Liu e colleghi, infatti, devono ancora valutare il funzionamento del sistema su diverse cellule e organismi: “Il nostro studio è solo il primo passo lungo la strada che porta verso il raggiungimento di una delle aspirazioni più alte delle scienze della vita”, racconta Liu. “Essere cioè in grado di apportare qualsiasi modifica al dna in qualsiasi posizione e in qualsiasi organismo”. In bocca al lupo.
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