La famiglia CRISPR si allarga. Ecco FrankenCRISPR

Non passa settimana senza che la comunità scientifica non scopra un nuovo avanzamento nella tecnologia CRISPR che promette di correggere i difetti del nostro genoma. Qualche giorno fa abbiamo appreso di due nuove ricerche pubblicate sulle prestigiose riviste Nature e Science, che dimostrano come correggere errori e danni nel nostro DNA e, per la prima volta, nei nostri RNA messaggeri, in modo molto più preciso che in passato. Insomma il sistema CRISPR si è evoluto, e per correggere le mutazioni ora non ha più bisogno di tagliare.
Thomas Vaccari, 28 Ottobre 2017
Micron
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Università degli Studi di Milano Statale

 

Non passa settimana senza che la comunità scientifica non scopra un nuovo avanzamento nella tecnologia CRISPR che promette di correggere i difetti del nostro genoma. Qualche giorno fa abbiamo appreso di due nuove ricerche pubblicate sulle prestigiose riviste Nature e Science, che dimostrano come correggere errori e danni nel nostro DNA e, per la prima volta, nei nostri RNA messaggeri, in modo molto più preciso che in passato. Possiamo definirlo un CRISPR 2.0, anche se preferisco chiamarlo FrankenCRISPR, per ragioni che fra poco diventeranno più ovvie. Ma procediamo con ordine: vediamo di che cosa parlano le nuove ricerche e quali sono le loro implicazioni.
CRISPR è oramai noto agli appassionati di scienza e non. Ne abbiamo parlato tempo fa su queste pagine. Dalla sua scoperta, poco più cinque anni fa, ci permette di veicolare l’enzima Cas9 mutuato dal sistema immunitario di alcuni batteri, all’interno di una cellula fin verso una sequenza di DNA di nostra scelta. Ciò fa sì che Cas9, che di lavoro fa la forbice molecolare, possa tagliare le due eliche del DNA in modo da permettere al sistema di riparo della cellula di creare occasionalmente rimaneggiamenti come inserzioni o elisioni attorno alla regione di taglio. Tale taglia e cuci porta con se la promessa di curare un giorno molte malattie, ma fino ad ora si era dimostrato preciso solo nel trovare il bersaglio ma non nel ripararlo. Ma da oggi, come ci dicono i due nuovi studi, c’è di più, molto di più. Si può correggere il DNA a piacimento, evitando persino di tagliarlo del tutto.
Come molti commentatori hanno sottolineato: non più taglia e incolla ma bensì cancella e riscrivi!
Per capire bene come si è arrivati agli incredibili avanzamenti in questione, prima di addentrarci tra forbici e matite cancellabili molecolari, dobbiamo fare un piccolo salto indietro nel tempo e rinfrescare quanto appreso sui banchi di scuola. Come sappiamo, il codice genetico è scritto con sole quattro “lettere”, corrispondenti a altrettante basi azotate, l’adenina (abbreviata con la lettera A), la citosina (C), la guanina (G) e la timina (T). ACGT si susseguono appaiandosi a coppie – precisamente C con G e T con A – lungo i filamenti della doppia elica del DNA. Il DNA viene trascritto in un RNA messaggero a singolo filamento, o mRNA, dove al posto della T si usa una sua variante l’uracile, per gli amici, U. Triplette di basi nel mRNA fanno da stampo per la traduzione di ogni aminoacido di cui sono composte le proteine. Questo vero e proprio flusso di informazione è responsabile di tutto ciò che viene prodotto nella cellula, ed è universalmente alla base della vita di qualunque organismo.
Passando dalla scuola all’avanguardia tecnico-scientifica di oggi, l’anno scorso il gruppo di ricerca di David Liu dell’Università di Harvard a Boston, sempre sulle pagine di Nature aveva dimostrato che si poteva cancellare la base C, vicino al sito riconosciuto da Cas9, forzando le nostre cellule a effettuare una correzione con una T. L’inserimento di una T al posto di una C aveva permesso di sostituire un appaiamento C-G con uno T-A. Veicolando strategicamente Cas9, Liu e i suoi geniali collaboratori avevano dimostrato di poter cambiare una tripletta in modo da poter “riparare” una proteina di coinvolta nell’Alzheimer. Questo incredibile esercizio di correzione microscopica è stato possibile grazie a due modifiche sostanziali nell’enzima Cas9. Una che permette di inattivarne metà così da tagliare solo un filamento di DNA, quello da modificare. L’altra, ottenuta unendo Cas9 – così azzoppato – a un secondo enzima chiamato citidina deaminasi, che permette di trasformare la C in una variante riconosciuta come T dalle cellule. Nel nuovo lavoro, gli stessi ricercatori si sono superati creando un altro Cas9-frankenstein questa volta unito a un enzima che di solito non agisce sul DNA, ma modificato estensivamente per farlo, attraverso lo sviluppo ben sette diverse generazioni di varianti. In questo modo hanno costruito una versione di Cas9 che tramuta una coppia A-T in una coppia G-C. Quindi, ora disponiamo di due Cas9 ingegnerizzati, chiamati per buone ragioni “correttori di basi”, che ci permettono di alterare il DNA secondo i nostri desideri.
Lo studio pubblicato su Science, invece proveniente dal gruppo di Feng Zhang, uno dei pionieri di CRISPR, ci porta un’altra primizia. La capacità di trasformare una A, non nel DNA ma bensì nel mRNA, in una U. Ciò permette di saltare un passaggio e creare direttamente una modifica nel messaggio che viene tradotto in proteina, alterandone la composizione aminoacidica senza correggere permanentemente il DNA che la codifica. Anche in questo caso ci si è arrivati senza badare a spese in quanto a ingegno. Invece di Cas9, qui si è utilizzato Cas13, un parente che riconosce l’RNA al posto del DNA. Questa particolare versione di CRISPR è stata poi unita a una enzima chiamato adenosina deaminasi, detto ADA, che si occupa di modificare la base A in un mRNA. Siccome ADA non era abbastanza preciso, anche qui i ricercatori lo hanno modificato in laboratorio, generandone varie versioni e selezionando le più accurate, in un processo che mima e accelera l’evoluzione e la selezione che avviene in natura. In più, questa evoluzione di CRISPR e ADA è stata impacchettata all’interno di virus, come quelli innocui che comunemente usiamo come cavallo di Troia per veicolare materiale forestiero all’interno di una cellula.

PERCHÉ FRANKENCRISPR È MEGLIO DI CRISPR?
Principalmente, le correzioni del DNA più sono precise e più ci permetteranno di tramutare versioni difettose di un gene nella loro controparte funzionante. Infatti, molte delle sindromi congenite o delle malattie della tarda età, incluso molti tumori e demenze, sono dovute a errori al DNA ereditati o acquisiti. Molti di quelli acquisiti sono causati da conversioni da C-G a T-A a seguito di danneggiamenti spontanei, per cui le nuove versioni di FrankenCRISPR che modificano la A-T in G-C, se ben dirette, possono contribuire a ripararli.
La modifica del DNA porta però con se’ grandi preoccupazioni dovute al fatto che può essere ereditata, se presente nelle nostre cellule riproduttive. Se da una parte ciò può contribuire a eradicare alcune malattie fortemente invalidanti, rimane il rischio che siano ereditate anche eventuali correzioni spurie che possono avvenire in aggiunta a quelle prodotte su misura. In più, le modifiche al DNA in futuro potrebbero anche essere progettare per produrre deliberatamente organismi e individui con caratteristiche a piacere, positive o negative che siano, uno scenario che porta con se’ molti interrogativi di carattere etico. Per questo, il FrankenCRISPR che bersaglia gli mRNA, data la loro natura temporanea, promette di essere più sicuro, meno controverso e ben indirizzabile dove deve agire.
In sintesi, novelli dottor Frankenstein stanno rendendo la microchirurgia del DNA sempre più raffinata. Anche nel classico di Mary Shelley l’intenzione era di creare un essere umano più intelligente del normale, dotato di salute perfetta e lunga vita. Sappiamo come si è conclusa la storia. A noi il compito di inventarci un “vissero tutti felici e contenti”.

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