CRISPR-CAS9: Fantascienza?

Okay, okay forse non saremo ancora riusciti ad inventare l’Hoverboard che fluttua nell’aria di Ritorno al Futuro però abbiamo un’altra invenzione da film di fantascienza che proprio questo ottobre 2020 ha guadagnato il premio Nobel per la chimica: CRISPR-Cas9.  Una nuova navicella spaziale?  Un metodo per viaggiare nel tempo?  Mi dispiace deludervi ma no.  La CRISPR-Cas9 è una forbice molecolare in grado di fare una specie di taglia e incolla sul DNA, proprio come un CTRL-X + CTRL-V del computer (però sul DNA).  Figo eh?

Sapete cos’altro è figo?  Che questo è il primo Nobel ad essere assegnato a sole donne: Jennifer A. Doudna e Emmanuelle Charpentier.

Ma chi sono queste due amazzoni della scienza?

Emmanuelle Charpentier è nata nel 1968 in Francia, a Juvisy-sur-Orge.  Ha completato i suoi studi presso l’Istituto Pasteur a Parigi e attualmente è direttrice dell’Istituto Max Planck Unit per le Scienze dei patogeni che si trova a Berlino.

Jennifer A. Doudna, invece, è nata nel 1964 a Washington.  Ha studiato presso l’Università di Harvard e attualmente lavora presso l’Università della California a Berkeley.

Che cos’è CRISPR-Cas9?

CRISPR-Cas9 non è saltato fuori dal cappello di un mago né tanto meno da un laboratorio super tecnologico: si tratta di un sistema esistente in natura in alcuni batteri ed archea dove è parte del sistema immunitario.

A rendersene conto fu Francisco Mojica, microbiologo dell’università di Alicante.  Mojica era intento nel simpatico lavoro di sequenziare il DNA dell’archea Haloferax quando si accorse che questo conteneva delle sequenze ripetute alternate a spaziatori che si appaiavano al materiale genetico dei fagi (per approfondimenti sui virus cliccate qui).  Sempre a Mojica e a Ruud Jansen si deve il nome di CRISPR che potrebbe sembrare un insulto del tipo “CRISPR! Ho dovuto sequenziare tutto il genoma di questo maledetto archea!” ma invece si tratta di una sigla che sta per Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats.

Come funziona?

Lo so, lo so: vi starete chiedendo cosa ci fanno delle porzioni di DNA complementari a quelle di virus nel genoma di batteri e archea.  Quando un virus infetta archea o batteri rilascia all’interno della cellula il suo materiale genetico.  I loci CRISPR integrano corti frammenti di questo materiale genetico (che prenderà il nome di protospaziatore) tra le sequenze ripetute  andando a formare, quindi, gli spaziatori.

Tutti gli spaziatori alternati alle sequenze ripetute vengono trascritti in una lunga molecola di RNA che viene chiamata pre-crRNA. I sistemi CRISPR-Cas si dividono, in realtà, in 3 tipi e processano in modo diverso la lunga molecola di RNA. In generale, però, quello che succede è che il pre-crRNA viene tagliato in crRNAs che contengono ciascuno un solo spaziatore.

I crRNAs si associano formando un complesso con le proteine Cas ovvero enzimi in grado di tagliare in DNA. Nel caso in cui il fago infetti nuovamente la cellula, lo spaziatore del crRNA si potrà appaiare alla sequenza complementare del virus. La Cas con cui il crRNA è in complesso, a questo, punto taglia il DNA estraneo e bum, cellula salva!

E il contributo di Doudna e Charpentier nella scoperta di CRISPR-Cas9?

In realtà la scoperta di CRISPR-Cas9, come ogni grande scoperta, avvenne per caso.

La Charpentier aveva scoperto una molecola prima sconosciuta: il tracrRNA. Okay, non spaventatevi, niente di mortale. Abbiamo detto che ci sono tre tipi di sistema CRISPR-Cas, giusto? Il sistema di tipo II (di cui fa parte CRISPR-Cas9) per la maturazione richiede il tracrRNA scoperto da Charpentier.

Doudna, invece, è una biochimica con grandi conoscenze relative al RNA.  Decisero di mettere insieme le loro competenze e furono in grado di riprogrammare il sistema CRISPR-Cas9 in modo che fosse in grado di tagliare una qualsiasi molecola di DNA (non solo quella virale) in un sito determinato.  Furono, inoltre, in grado di ricreare queste forbici molecolari in provetta e semplificarne le componenti in modo che fossero più facili da usare.  I loro studi vennero pubblicati nell’agosto del 2012 dalla nota rivista Science e da quel momento l’uso di CRISPR-Cas9 esplose.

Ricapitolando: da cos’è composto il sistema CRISPR-Cas9?

CRISPR-Cas9 usato in laboratorio è composto da un cosiddetto RNA guida (ovvero il nostro crRNA) che viene disegnato apposta dallo scienziato in modo che si appai alla sequenza di DNA desiderata e dall’enzima Cas9 che ha il compito di tagliare il DNA.

Okay, figo tagliare il DNA ma perché è così importante?

Tagliare il DNA in uno specifico punto permette di inattivare un gene, modificarlo e inserire nuove sequenze. È anche possibile spegnere la funzione “taglia il DNA” dell’enzima Cas9 e associare il complesso con proteine che possono avere varie funzioni tra cui quella di inibitori o attivatori per geni oppure proteine in grado di modificare una base del DNA.

Questo ha permesso di utilizzare CRISPR-Cas9 in vari ambiti: ad esempio in agricoltura ma anche in medicina per lavorare su nuove terapie contro il cancro.

È stata anche utilizzata per curare la beta talassemia nell’uomo correggendo la sequenza del gene mutato.

Creare dei super-uomini

Attualmente la comunità scientifica è un po’ combattuta riguardo all’uso di CRISPR-Cas9.  Se da una parte sembra essere la pozione magica per qualsiasi tipo di malattia, dall’altra è anche estremamente pericolosa.  Cambiare pezzi di DNA, disattivarli o inattivarli permetterebbe letteralmente di fare qualsiasi cosa sul corpo umano, un po’ come riprogrammare un computer.

La paura nei confronti di CRISPR-Cas9 è stata tanta al punto che nel 2015 il Congresso americano ha vietato la manipolazione su embrioni e nel 2016 l’ha addirittura bollata come “tecnica di distruzione di massa”.  Attualmente le cose sono un pochino più distese ma il limite riguardo cosa sia eticamente “giusto” o “sbagliato” è ancora da tracciare.

Sicuramente avrete sentito del ricercatore cinese che, nel 2018, aveva utilizzato questa tecnica per rendere “immuni” due gemelle al virus dell’HIV distruggendo il gene che ne permette l’ingresso nelle cellule bersaglio: i linfociti T.  Ecco sappiate che è stato condannato a tre anni di prigione e interdetto a vita per futuri studi di medicina riproduttiva.  Che abbiano esagerato o meno nessuno può dirlo per certo.  Un punto su cui, secondo me, tutti dovremmo riflettere è  che pare che il gene inattivato sia anche implicato nello sviluppo del sistema nervoso.

Purtroppo o per fortuna il nostro DNA è un libretto d’istruzioni molto, molto, molto complesso che non abbiamo ancora compreso al 100%. Intervenire su questo è estremamente pericoloso: è come avere una pistola ma non sapere esattamente come usarla.

Per comprendere meglio il funzionamento di CRISPR-Cas9 consiglio la visione del seguente video:

Sitografia

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