Il taglia e cuci della genetica che preoccupa gli esperti

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Il taglia e cuci della genetica che preoccupa gli esperti
RICERCA
La tecnica CRISPR
In questo articolo:
bioetica
CRISPR
gene editing
Il taglia e cuci
della genetica
che preoccupa
gli esperti
La diffusione rapidissima di CRISPR,
una tecnica di editing genetico che
permette con relativa semplicità di
modificare le caratteristiche di un gene
direttamente nella cellula, ha messo
in allarme gli esperti di etica. Nella
ricerca sul cancro, però, si è rivelata
una vera rivoluzione
I
a cura di DANIELA OVADIA
n quattro anni la ricerca
genetica ha subito una
vera e propria rivoluzione tecnologica. Merito di
CRISPR, una tecnica che
consente di modificare il genoma di una cellula in modo rapido, relativamente semplice e
poco costoso.
Non che prima del suo avvento fosse impossibile farlo,
ma le altre tecniche disponibili
sono tutte più complesse. Dieci anni fa, per esempio, sono
stati messi a punto alcuni enzimi, le nucleasi a dita di zinco,
capaci di tagliare e incollare
sequenze di DNA in modo efficiente e preciso, ma al costo di
quasi 5.000 dollari a dose e con
limiti tecnici legati alla difficoltà di adattarli esattamente
all’obiettivo che si vuole centrare lungo la doppia elica.
CRISPR è diverso: utilizza un enzima chiamato Cas9,
trasportato da un frammento
di RNA capace di raggiungere
esattamente il bersaglio previsto, sfruttando la presenza
di alcune zone di sequenze ripetute. Giunto a destinazione,
l’enzima esegue l’equivalente
biologico del comando tagliaincolla di un software di scrittura ed elimina, o sostituisce,
la sequenza bersaglio. Molto spesso i laboratori devono
comprare solo la molecola di
RNA guida, con una notevole
riduzione dei costi.
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I LIMITI DELLA
DEMOCRAZIA
“Con questa tecnica abbiamo reso democratico il gene
editing, cioè la capacità di modificare il genoma di una cellula o di aggiungere ed eliminare geni a piacimento” spiega Jennifer Doudna, biochimica dell’Università di Berkeley,
California, una delle pioniere
della metodologia. “È così facile e poco costoso che qualunque laboratorio minimamente attrezzato può
farlo”.
Un
progresso innegabile che ha suscitato, però,
alcuni timori, in primo luogo negli stessi scienziati: con
uno strumento di questo tipo
diventa più semplice cambiare le caratteristiche dei nostri
geni, eliminare quelli malfunzionanti ed eventualmente
rimpiazzarli. Tutto bene? Non
proprio, perché se la tecnica
viene applicata agli embrioni,
e in particolare a quelli uma-
ni, può sollevare dubbi etici.
Gli esperti di CRISPR si sono riuniti a Washington nel
mese di dicembre scorso per
discutere le promesse del gene editing, ma anche i limiti
che gli stessi scienziati sentono di dover mettere all’uso di
uno strumento tanto versatile. Senza riuscire però a trovare un accordo: se secondo alcuni la soglia da non varcare è
la modificazione del genoma
di una cellula
embrionale
umana, perché darebbe
origine a un
individuo
dalle caratteristiche “non naturali”, altri scienziati hanno ricordato
quanto sia importante, in alcune malattie ereditarie, poter sostituire il gene malfunzionante con una copia sana
fin nell’embrione, per permettere la nascita di un bambino
senza problemi.
A fronte delle perplessità
di alcuni esperti, vi sono Paesi, tra cui la Gran Bretagna,
È più facile
modificare
i caratteri
ereditari
SPERIMENTAZIONI
ZANZARE BARRIERA
L
a facilità con cui CRISPR consente di modificare il
genoma di un organismo offre nuove opportunità
nella cura di alcune malattie trasmesse da insetti, come
la malaria. Modificando l’assetto genetico della zanzara che trasporta il plasmide, gli scienziati sperano di
impedire che questo possa trovare ospitalità ed essere
trasmesso attraverso la classica puntura. Per ottenere il risultato è necessario immettere nell’ambiente
un certo numero di insetti con modificazioni dei geni,
tali da renderli inutili alla trasmissione della malattia,
ma capaci comunque di accoppiarsi e riprodursi con le
zanzare “classiche”. In tal modo la versione “modificata”
prenderà lentamente il sopravvento riducendo, fino a
scomparire, le possibilità di sopravvivenza del plasmide
malarico. Un progetto ambizioso ma non semplice da
realizzare perché spesso gli insetti modificati non sono
capaci di riprodursi o non sono in grado di sopravvivere
nell’ambiente naturale.
che hanno autorizzato l’uso
di CRISPR in embrioni umani,
in particolare per uno studio,
condotto dalla biologa Kathy
Niakan del Francis Crick Institute di Londra, che si prefigge
di modificare alcuni geni chiave per lo sviluppo, al fine di
capire perché molte gravidanze non riescono a giungere al
termine, offrendo una speranza alle donne infertili.
IL RUOLO NEL CANCRO
Le tecniche, però, non sono di per sé eticamente né
buone né cattive: tutto dipende dall’uso che se ne fa e CRISPR può essere, per la ricerca
sul cancro, uno strumento di
svolta.
“Oggi sappiamo che una
cellula, per diventare tumorale, deve subire una serie di
mutazioni a livello genetico
ma non sappiamo quali, tra
questi geni, siano davvero essenziali per il processo che
porta alla malattia” spiega
Silvia Deaglio, responsabile
dell’Unità di ricerca genetica del sistema immunitario
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RICERCA
La tecnica CRISPR
MODIFICARE IL DNA
La tecnica di editing del DNA chiamata CRISPR/Cas9
è una versione biologica della funzione copia-incolla
presente nei nostri software di testo
Come funziona
Cellula
Molecola
guida
Enzima
taglia-DNA
Filamento
di DNA
difettoso
Nucleo
Cromosoma
Si inserisce nella
cellula un enzima
complesso che
contiene:
una molecola
guida
una copia del DNA
non mutato
Una molecola
guida sintetica,
disegnata
specialmente
per lo scopo,
trova il filamento
di DNA sul quale
si vuole intervenire
Un enzima taglia
il pezzo di DNA
su cui si vuole
intervenire
Filamento
sano
di DNA
Il filamento
di DNA
difettoso viene
sostituito con
una copia sana
un enzima in grado
di tagliare il DNA
presso la Human Genetics
Foundation di Torino. “Per capirlo possiamo percorrere diverse strade ma la più lineare
consiste nel creare cellule o
modelli animali in cui
disattiviamo,
uno a uno, i
geni che stiamo studiando
e verifichiamo che cosa succede”. Questa
tecnica, che si chiama knockout genico, richiede, con i sistemi tradizionali, molto
tempo e molte risorse.
“Per questo nel nostro laboratorio abbiamo introdotto CRISPR, velocizzando l’intero processo. Nello specifico,
studiamo un gene frequenteente mutato nei malati di leucemia linfatica cronica ricre-
ando nelle cellule la mutazione che si verifica nel paziente
quando si ammala” spiega ancora Deaglio.
La scelta di usare CRISPR
non è solo
legata a questioni di soldi o di tempi, ma anche
di precisione.
“Questa tecnica di gene editing è molto
precisa e ci permette di ‘silenziare’ un gene nella sua
posizione normale lungo la
sequenza del DNA. Ciò significa che modifichiamo in
modo naturale anche tutti
quei meccanismi di controllo dell’attività del gene stesso, e di comunicazione con
l’ambiente circostante, ricreando in modo quasi perfetto
Il vantaggio
di lavorare
come fa
la natura
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ciò che accade nella malattia.
Le tecniche precedenti, invece, silenziano il gene in modo
più brutale e meno preciso,
quindi non ci permettono di
studiare l’interazione tra questo e i suoi sistemi di regolazione”.
MUTAZIONI INDOTTE
Oltre a zittire un gene, si
può anche sostituirlo con la
versione mutata che si trova
generalmente nei pazienti.
Si tratta di una strategia utilizzata anche in passato, ma
di nuovo CRISPR consente di
essere molto più precisi. “Immaginiamo il filamento di
DNA: con le vecchie tecniche
il gene mutato poteva andare a posizionarsi dappertutto lungo la sua struttura, trovandosi a fianco di geni con i
quali magari non interagisce
mai in natura” spiega Deaglio. “Con CRISPR andiamo a
mutare il gene nella sua posizione naturale, mantenendo i
rapporti che ha con i suoi vicini”.
Il risultato? Se si dimostra
che quel gene ha un ruolo
chiave nella trasformazione
maligna della cellula, si possono costruire farmaci mirati
diretti contro il bersaglio genetico principale.
E non solo: CRISPR consente di modificare il genoma di un singolo organo nel
modello animale, ricreando
quello che accade in natura.
L’individuo con un cancro al
fegato presenta infatti certi
geni mutati solo nell’organo
malato e non in tutto l’organismo.
Con le tecniche più vecchie, l’unico modo per indurre la malattia nel modello
animale era provocare la mutazione nella fase embrionale
dello sviluppo, col risultato
che tutte le cellule del corpo
risultavano mutate, non solo
quelle dell’organo da studiare.
“CRISPR è un salto tecnologico ma anche concettuale,
che permette alla ricerca sul
cancro di studiare le mutazioni genetiche nel loro luogo
d’origine” conclude Deaglio.
“Grazie a esso riusciremo a
velocizzare lo studio della
funzione di tutti i geni che
sospettiamo essere coinvolti
nella malattia. Perché è questo, oggi, il nostro problema:
come in un giallo con troppi
potenziali sospetti, facciamo
fatica a capire chi ha compiuto il delitto. Ma ora abbiamo
uno strumento di indagine di
grande aiuto per trovare il vero responsabile”.