Il volo di Icaro dell'Editing genetico
- B4Biology
- 22 apr 2018
- Tempo di lettura: 4 min
Quando si parla di gene editing, ci si riferisce a quel particolare metodo con cui è possibile bersagliare una sequenza o delle specifiche posizioni e alterarle, cancellandole oppure sostituendole, tutto questo all'interno di un genoma di un organismo vivente.
L'era dell'editing genomico inizia in concomitanza con la scoperta dell'editing epigenetico, con Svend Petersen-Mahrt che dal 2011 lavora nell'IFOM (Istituto FIRC di Oncologia Molecolare), il suo programma di ricerca chiamato "Editing del DNA, sistema immunitario ed epigenetica" è incentrato sullo studio di un gruppo di enzimi coinvolti nel DNA editing che sono necessari per lo sviluppo del sistema immunitario.
Con l'editing genetico si pensa anche al risvolto che questo strumento possa avere nell'ambito medico, per esempio per il trattamento di molte malattie genetiche. Un caso eclatante è quello di Brian Madeaux, affetto dalla sindrome di Hunter, una malattia metabolica rara legata al cromosoma X. Questa sindrome causa un accumulo e aggragazione di glicosamminoglicani, provacando problemi cognitivi e motori, anomalie morfologiche del viso e disturbi cardiorespiratori.
Nel caso di Brian Madeaux si sono iniettate milioni di copie sia del gene funzionale per l'enzima necessario per scindere I glicosamminoglicani, sia le zinc-finger nuclease per garantire un inserimento specifico e permanente del gene all'interno del genoma.
I risultati sono ancora da vedere, visto che l'intervento è stato eseguito l'11 novembre del 2017, ma questo è il primo caso di editing genetico in vivo applicato ad un paziente affetto dalla sindrome di Hunter.
L'editing genetico ha anche un grande impatto nel campo vegetale: è il caso di una pianta di mais, la cosidetta mais waxy, creata per la produzione di collanti e addensanti.
Il gene editing non è uno strumento totalmente nuovo, ma ha preso sempre più piede con l'avvento del metodo CRISPR-Cas9 (pronuncia di CRISPR è crisper), il quale ha rivoluzionato l'ingegneria genetica moderna. Questo strumento di editing genetico si è distinto subito per la sua efficienza, specificità, facilità di utilizzo, accessibilità e il basso costo per i ricercatori. Molti sono gli utilizzi nel campo della ricerca di questo strumento di editing molecolare.
Uno studio del 2016 ha mostrato il primo caso di iniezione di cellule contententi geni editati tramite lo strumento CRISPR-Cas9 in pazienti affetti da carcinoma polmonare in fase aggressiva.
Tramite questo strumento ci si sta muovendo anche verso lo studio di malattie causate dall'alterazione di un singolo gene, quali beta-talassemia.
Ma in tutto ciò, da dove nasce CRISPR-Cas9?
Tutto inizia nel 1989 nel porto di Santa Pola con Francisco Mojita, un dottorando presso l'Università di Alicante. I suoi studi iniziali riguardarono Haloferax mediterranei, un archeobatterio alofilo isolato nelle paludi di Santa Pola. La particolarità di questo microrganismo venne osservata quando fu coltivato in un terreno ad alte concentrazioni saline. La funzione di alcuni enzimi di restrizione utilizzati per tagliarne il genoma veniva alterata.
Mojica studiò insieme ad alcuni collaboratori questi frammenti, arrivando a notare una struttura molto particolare: molteplici copie di una quasi perfetta sequenza palindromica di 30 basi, separata da circa 36 basi non codificanti. Questa sequenza di basi non codificanti non avevano alcuna similitudine con microrganismi conosciuti fino ad allora.
Dopo i suoi studi, queste sequenze ripetute furono ritrovate anche in altri microrganismi, tra cui Escherichia coli, seppur differenti. Da ciò, Mojica e collaboratori realizzarono che queste strutture dovevano in qualche modo avere un ruolo particolare nei procarioti. Dapprima furono chiamate short regurarly spaced repeats (SRSRs), e successivamente clustered regularly interspacedd palindromic repeats (CRISPR).
Che funzione ha CRISPR?
Inizialmente furono avanzate varie ipotesi, come che CRISPR fosse coinvolto nelle riparazioni del DNA, nella regolazione genica ecc. Nessuna di queste ipotesi però fu confermata.
Si scoprì, successivamente, che i loci CRISPR codificano per istruzioni riguardanti la risposta immunitaria adattativa, la quale protegge i microrganismi da specifiche infezioni. Molti sono stati gli studi successivi di altri scienziati:
2008 CRISPR targetta il DNA
2010 Cas9 è guidata da crRNAs e crea rotture a doppio filamento
2011 Scoperta di tracrRNA per il sistema Cas9
2013 CRISPR utilizzato per l'editing genomico
Come funziona CRISPR-Cas9?
Sono stati necessari ulteriori studi per scoprire che ciò che taglia il DNA in precise posizioni è l'attività nucleasica di Cas9, codificate da specifiche sequenze di crRNA.
In seguito, fu scoperto che anche dei piccoli RNA, chiamati trans-activating CRISPR RNA (tracrRNA), partecipano attivamente alle funzioni del complesso CRISPR-Cas9. Questi tracrRNA sono responsabili per il processamento dei crRNA, del funzionamento di CRISPR e sono importanti per la funzione di clivaggio del DNA da parte di Cas9.
CRISPR-Cas9 trova delle specifiche sequenze di interesse ed effettua un taglia e cuci, silenziando così il nostro gene difettoso.
CRISPR-Cas9 sta trovando impiego in vari campi: medico, agroalimentare, vegetale ecc...
Questo potente strumento ha però dei limiti che riguardano la sua precisione. In malattie che concernono mutazioni in una singola base, CRISPR-Cas9 ha un margine di successo molto basso. Questo strumento viene impiegato con successo nel silenziamento genico.
E' stato sviluppato di recente un nuovo strumento, chiamato evoCas9, considerato l'evoluzione di CRISPR-Cas9.
La paternità di questo nuovo metodo va a un gruppo di ricercatori del Centro di Biologia Integrata (CIBIO) dell'Università di Trento, ma di questo ne parleremo in un altro articolo.
E come Icaro si fece pervadere dall'estasi del volo e si avvicinò troppo al sole, così l'uomo si fece pervadere dall'estasi di giocare a fare Dio.
di Francesco Flagiello
Bibliografia:
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