Screengrab from "Genome Editing with CRISPR-Cas9" (MIT)

La ricerca è di norma un processo lento e costante, ma ci sono scoperte che cambiano la scienza in maniera improvvisa ed imprevedibile. Che si tratti di meccanica quantistica o calcolo infinitesimale, alcune ricerche riscrivono le regole del gioco, aprendo così una finestra su paesaggi inesplorati. Il denominatore comune di queste innovazioni è che il loro utilizzo non è confinato, ma si espande mutando il paradigma di discipline a volte molto distanti tra loro.

In contesto biologico le tecniche del DNA ricombinante sono certamente un caso eclatante: questa serie di procedure ha consentito la manipolazione di materiale genetico a fine sperimentale. Ma non è tutto: posti di fronte alla possibilità di modificare organismi a proprio vantaggio, gli esperti si sono dovuti interrogare su limiti e regolamentazioni da imporre a queste nuove tecnologie. L’impatto di queste ricerche senza precedenti risuona tra i vari settori del sapere, suscitando l’interesse non solo tra gli addetti ai lavori, ma nella società tutta. Che siate eccitati o impauriti, c’è la concreta possibilità che una di queste rivoluzioni stia prendendo forma proprio sotto i nostri occhi.

CRISPR…cosa?

Ammettiamolo, gli scienziati hanno a volte dei problemi di comunicazione. Aggiungiamoci una sana passione per le sigle impronunciabili e otteniamo questo splendido nome. Che significa? Traduciamo direttamente all’italiano: brevi ripetizioni palindrome raggruppate e separate a intervalli regolari. Non va molto meglio. Ricominciamo. Stiamo parlando di una proteina molto singolare, il cui nome è storicamente associato a delle sequenze di DNA caratteristiche, scoperte all’interno di molti genomi batterici dagli anni ’80 in poi. Per comprendere la funzione di questi elementi genici sono serviti molti anni, ma la risposta è stata quantomeno sorprendente.

Anche i batteri possono essere infettati: esistono infatti dei virus (detti batteriofagi o fagi) che attaccano proprio questi organismi monocellulari, causandone la morte per lisi. Capita tuttavia che la microscopica vittima sopravviva, e a quel punto accade qualcosa di portentoso. Proprio come il nostro organismo è difeso dal sistema immunitario, anche il batterio possiede un meccanismo in grado di “ricordare” il patogeno e neutralizzare il suo prossimo tentativo di invasione.

Batteriofagi iniettano il proprio DNA all'interno di un batterio (IMAGE FROM EYE OF SCIENCE / SCIENCE SOURCE)
Batteriofagi iniettano il proprio DNA all’interno di un batterio (IMAGE FROM EYE OF SCIENCE / SCIENCE SOURCE)

Come tutti i virus anche i batteriofagi sfruttano la cellula per riprodursi fino a causarne la morte. Ma se il processo non riesce parte del loro codice genetico può essere copiato e conservato stabilmente sotto forma di sequenze caratteristiche. Al prossimo attacco virale, il batterio potrà così difendersi tramite diverse proteine in grado di fermare l’infezione. Utilizzando il proprio DNA come un vero e proprio database, la cellula può produrre piccole sequenze di RNA complementari a quelle dei patogeni finora incontrati. Questi piccoli filamenti sono quindi catturati da una proteina, Cas9, che tramite il loro appaiamento può eliminare il DNA virale tramite un taglio netto.

E dov’è la rivoluzione?

La portata della scoperta non è apprezzabile finché il sistema non è trasferito in cellule animali, apportando le dovute modifiche. Se inseriamo Cas9 e un RNA guida appositamente disegnato, possiamo tagliare il DNA di una cellula in maniera precisa ed efficiente. Il risultato di questo taglio è generalmente un così detto knock out, ossia la perdita del gene colpito. Ma il medesimo evento può anche indurre ricombinazione, consentendo di sostituire intere porzioni di genoma. Nel contesto della ricerca biomedica l’impiego di questo bisturi molecolare ha velocizzato i tempi e abbattuto i costi di moltissimi studi.

Generare un modello animale o una linea cellulare che simuli una determinata patologia è ora semplice e alla portata di ogni laboratorio. Ciò ha segnato l’esplosione del genome editing, consentendo virtualmente di manipolare il DNA di una cellula a piacimento. Sono state sviluppate varianti di Cas9 che svolgono una miriade di funzioni: regolano l’espressione genica, marcano uno specifico sito cromosomico o generano specifiche mutazioni puntiformi. Il sistema CRISPR/Cas9 è popolare da pochissimi anni ed è tutt’ora in costante miglioramento.

From Sciencemag.org
Science dedica la propria copertina al sistema CRISPR/Cas9, innovazione dell’anno

Grandi prospettive e nuovi territori

La scoperta ha sicuramente consentito ai ricercatori un vero e proprio “cambio di marcia”, ma non finisce qui. Le possibili applicazioni nel contesto di gene therapy e cell therapy sono all’orizzonte. Il bisturi molecolare potrebbe essere presto impiegato per immunoterapie contro il cancro, malattie genetiche e HIV (ve ne abbiamo parlato qui). C’è addirittura chi ipotizza di fornire a diverse specie di zanzare l’immunità contro diversi agenti infettivi (Malaria, Zika virus, Dengue virus).
Non mancano però le controversie: se lo strumento si rivelasse davvero così preciso, un domani potrebbe essere possibile manipolare anche il genoma embrionale umano, ma con quali scopi? Chiariamo subito che si tratta di uno scenario lontano e ad ora totalmente impraticabile. I primi tentativi hanno avuto scarso successo, potrebbe però essere solo una questione di tempo. Prevenire una grave patologia al concepimento è un dovere?
E fornire il miglior stato di salute possibile?

La comunità scientifica si sta già interrogando sui limiti da porre alla ricerca.
A questa discussione partecipano filosofi e giuristi di fama mondiale, dimostrando la portata dei temi affrontati
. La scienza può e deve sviluppare strumenti sempre più avanzati senza costrizioni, ma il loro utilizzo è una questione che riguarda tutti noi in prima persona. È importante per ora sviluppare consapevolezza e responsabilità, che permetteranno di affrontare il progresso liberi da inutili paure.

F. Zhang, co-inventore della tecnica, (Human gene editing summit, Nature)
F. Zhang, co-inventore della tecnica, ne discute i suoi utilizzi (Summit on human gene editing, Nature)

 

Per approfondire:

Un fantastico video di Kurzgesagt
Summit on human gene editing
Gene drive to fight malaria

Immagine in evidenza | Screengrab from: Genome Editing with CRISPR-Cas9 (MIT)