(2° pagina) (Torna alla 1° pagina..) La tecnica si accompagna a un'altra più vecchia di qualche anno – TALEN – e a un altro sistema ancora precedente basato su molecole che agiscono come una sorta di bisturi, le cosiddette nucleasi a dita di zinco.
Mentre le vecchie tecniche genomiche si limitano ad aggiungere materiale genetico, CRISPR permette anche di intervenire per cancellare o modificare sezioni specifiche di Dna, offrendo la possibilità di riscrivere il genoma secondo le proprie esigenze.
Si tratta di tecniche ancora in fase di sperimentazione, che hanno dato tuttavia già qualche risultato preliminare negli esperimenti condotti ad esempio sull'anemia falciforme, sull'Hiv e sulla fibrosi cistica.
Il ricercatore del Georgia Institute of Technology Gang Bao si è servito di CRISPR per correggere l'alterazione cellulare tipica dell'anemia falciforme. Bao spiega la ragione per cui ha scelto questa malattia per i suoi esperimenti: «se si vuole intervenire modificando il genoma, è meglio partire da una malattia relativamente semplice, causata da una singola mutazione in un singolo gene, che coinvolge un’unica tipologia cellulare».
Allo stato attuale, l'anemia falciforme è curata attraverso la donazione di midollo osseo. I chirurghi innestano alcune cellule del midollo osseo del donatore nell'organismo del paziente. Tuttavia, spesso la cura non ha successo perché il donatore deve essere completamente compatibile, eventualità che già si verifica raramente e che comunque non scongiura del tutto la possibilità di rigetto.
Il team di Bao agisce invece prelevando i precursori dei globuli rossi, ovvero le cellule staminali emopoietiche, dal midollo osseo di un paziente affetto da anemia falciforme, poi utilizza CRISPR per correggere il gene difettoso.
Le cellule staminali del gene modificato vengono quindi reinnestate nel paziente affinché producano globuli rossi sani atti a rimpiazzare le cellule malate.
«Anche se riusciamo a sostituirne il 50 per cento, il paziente si sentirà molto meglio. Se arriviamo al 70 per cento, possiamo dire che la terapia ha avuto successo», sostiene Bao.
Ma CRISPR si rivela fondamentale anche solo per comprimere i tempi della ricerca. Se l'anemia falciforme è determinata da una singola variazione genetica, lo stesso non si può dire di tante altre malattie gravi come il diabete, le patologie cardiache o quelle neurologiche.
«Per venire a capo di alcuni problemi in ambito biologico, dobbiamo fare chiarezza su come si sviluppi l’interazione tra geni e per raggiungere questo risultato si devono introdurre mutazioni in più geni allo stesso tempo», afferma Rudolf Jaenisch, un biologo del Whitehead Institute di Cambridge, in Massachusetts.
Sulla base degli strumenti a disposizione oggi, creare un topo con una singola mutazione richiede anche più di un anno, mentre se gli scienziati vogliono sperimentare più mutazioni, i cambiamenti genetici devono essere fatti in modo sequenziale e i tempi si possono allungare fino a diversi anni.
Jaenisch e i suoi colleghi, fra cui il ricercatore del MIT Feng Zhang, hanno riferito che CRISPR ha consentito al gruppo di creare una varietà di topi con diverse mutazioni nel giro di tre settimane.
Il gruppo di ricerca guidato da Zhang e da un altro ricercatore del MIT, Eric Lander, ha messo a punto delle librerie di CRISPR, ognuna delle quali fa riferimento a singoli geni. Si tratta di raccolte che coinvolgono quasi tutti i geni umani e che sono ora a disposizione anche di altri ricercatori per velocizzare il loro lavoro.
La chirurgia genomica ha vissuto una vera e propria svolta nel 1996, quando i ricercatori della Johns Hopkins University scoprirono le nucleasi a dita di zinco. Successivamente, la dott.ssa Dana Carroll della University of Utah capì che si potevano sfruttare tali proteine per raggiungere un determinato obiettivo genetico. Mentre un'estremità della proteina riconosce una particolare sequenza di Dna, l'altra è in grado di incidere sul Dna stesso. La tecnologia consente quindi agli scienziati di produrre cambiamenti nel genoma, ma è di difficile impiego soprattutto perché è ridondante, cioè costringe i ricercatori a produrre sempre nuove proteine specifiche per la sequenza individuata. Si tratta quindi di un lavoro estremamente complesso e di lunga durata, che non sempre, peraltro, offre i risultati sperati.
La tecnica fu superata nel 2010 da TALEN, una sorta di evoluzione semplificata dell'approccio che si basa sull'utilizzo delle nucleasi a dita di zinco. Anche in questo caso, però, la tecnica non giunge agli obiettivi che ci si era prefissati. Negli ultimi mesi invece CRISPR sembra aver cambiato le carte in tavola.
La tecnica consente di sostituire le proteine del Dna prescelte con una breve sequenza di Rna ospitata in specifici geni. L'Rna ha il vantaggio della semplicità rispetto alle proteine complesse utilizzate finora e può essere quindi prodotto velocemente in laboratorio. In tal modo, i ricercatori possono modificare il genoma non solo aggiungendo, ma anche modificando o eliminando singoli tratti.
La sigla CRISPR descrive una caratteristica del genoma dei batteri, vale a dire la presenza di basi ripetute, intervallate da brevi segmenti di DNA chiamati spaziatori.
I ricercatori li avevano individuati già negli anni 80, ma non avevano capito che facevano parte di un sistema difensivo dei batteri. Quando un virus attacca, i batteri possono incorporare sequenze del DNA virale nel loro materiale genetico, serrandole tra i cosiddetti spaziatori. La volta successiva che il batterio incontra il virus, utilizza il DNA all’interno di questi segmenti per produrre RNA che riconosce la sequenza virale corrispondente. A quel punto, una proteina legata a uno di questi RNA frammenta il DNA virale.
Nel 2012, Emmanuelle Charpentier, un microbiologo clinico esperto di patogenesi all’Helmholtz Centre for Infection Research, e Jennifer Doudna, consulente dell’University of California, a Berkeley, hanno proposto l'utilizzo di un singolo RNA insieme a una sorta di “bisturi” proteico, l’enzima Cas9, per frammentare qualsiasi sequenza di Dna su cui lavorare in provetta.
Nel gennaio dello scorso anno, Zhang e George Church, un genetista dell'Harvard Medical School, hanno riferito entrambi, lavorando in maniera indipendente, che il binomio CRISPR/Cas9 può essere utilizzato per l’editing genetico nelle cellule animali, incluse quelle umane.
Per produrre un nuovo gene, quindi, oggi si può sintetizzare la proteina Cas9 e un frammento di Rna che si accoppia alla sequenza dell'area prefissata. L’Rna guida l’enzima al Dna che il ricercatore vuole modificare.
Dal momento che il “bisturi” genetico può essere impiegato senza preoccuparsi del bersaglio prescelto, i ricercatori possono realizzare esperimenti nei quali sostituiscono nello stesso tempo diversi geni in un organismo con Cas9 e più guide Rna. «Sono ora possibili esperimenti che nel passato erano impensabili o di estrema difficoltà», spiega Doudna.
Il dott. Zhang sta utilizzando CRISPR anche per sperimentare diversi cambiamenti genetici allo stesso tempo, un approccio fondamentale per l'analisi di malattie complesse come l'autismo o la schizofrenia. Differenti gruppi di mutazioni interessano diversi pazienti. Si tratta di un enigma difficile da risolvere, ma per farlo ora i ricercatori dispongono di un valido alleato in CRISPR: «la nostra comprensione dei meccanismi delle malattie progredirà e questa conoscenza sarà decisiva per lo sviluppo di nuovi farmaci», spiega Zhang.
CRISPR ha aperto nuovi e insospettati scenari per la cura delle malattie anche e soprattutto grazie alla possibilità di intervenire eliminando tratti di Dna e non solo aggiungendone. In alcuni casi, questa differenza potrebbe rivelarsi decisiva, ad esempio in una malattia come la corea di Huntington, una malattia neurodegenerativa causata dall'accumulo di una proteina tossica nei neuroni. Aggiungere una copia sana del gene alla cellula, infatti, non aiuterebbe a controbilanciare l'azione negativa della copia malata, che andrebbe invece riscritta per farla funzionare nuovamente.
«Non ci si limita ad aggiungere qualcosa che è mancante. Se si comincia a pensare che i normali geni non sono necessariamente le versioni ideali, allora il campo di intervento si allarga a dismisura», spiega il dott. Church.
Teoricamente, il genoma di un uomo potrebbe essere modificato anche prima della nascita, magari per correggere difetti già evidenti grazie alle indagini prenatali, o addirittura prima del concepimento agendo direttamente sugli ovuli o sulle cellule legate alla produzione di sperma nell'uomo.
A questo punto, è evidente che interverrebbero ostacoli di natura etica. Il panorama delle possibili operazioni di manipolazione genetica potrebbe andare ben oltre quanto previsto dai ricercatori all'inizio. A questo allude lo stesso Church: «se si potesse prevenire il ritardo mentale con la terapia genica, ammesso che sia un’operazione accettabile, allora si aprirebbe un campo sconfinato di interventi sul fronte delle capacità intellettive».
In parole povere, spinti dal desiderio di avere una sorta di piccolo genio, alcuni genitori potrebbero richiedere un intervento di chirurgia genomica anche su un embrione sano – o in una fase ancora precedente – per aumentare l'intelligenza del proprio pargolo già decisa – per quella percentuale non influenzata dall'ambiente - dai geni in maniera naturale.
Si tratta ovviamente ancora di semplici speculazioni sulle quali tuttavia sarà bene ragionare in tempo, dal momento che CRISPR ha già operato un cambiamento evidente nella pratica e nelle prospettive dell'ingegneria genomica.
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12/05/2014 Andrea Piccoli

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