CRISPR-Cas9, il cecchino genetico | Blog Wadsl
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CRISPR-Cas9, il cecchino genetico

CRISPR-Cas9, il cecchino genetico – articolo di Emiliano Bruni

Editing genetico

Moltissime malattie sono causate da errori nel nostro DNA. Di molte non si sa ancora quale siano i geni coinvolti ma molte hanno già un preciso “nome e cognome” all’interno del nostro DNA.

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Figura 1 – Nella fibrosi cistica una proteina che partecipa alla formazione di un canale del cloro è più corta di un amminoacido avendo perso, in posizione 508, una fenilalanina. Questo “semplice” errore causa gravi disfunzioni in vari organi e sistemi.

Da patologie rare come il deficit di alfa1-antitripsina o la malattia di Tay Sachs fino a patologie ben più comuni come la fibrosi cistica o l’anemia falciforme che addirittura sono causate dall’errore in un singolo mattoncino, in una singola base che compone il nostro DNA. Sono quindi molte le malattie che potrebbero essere curate se fossimo in grado di modificare e correggere questi piccoli errori che sono spesso causa di patologie gravi che portano alla morte.

Beh, questo tipo di “terapia” inizia ad affacciarsi nel panorama dei possibili approcci terapeutici ed è chiamato editing genetico.

Ma come fare a trovare la singola sequenza errata all’interno della lunghissima catena del nostro DNA e aggiustarla? Come spesso accade non dobbiamo inventarci nulla ed è la natura a viene in nostro soccorso.

Dalla lotta tra batteri e batteriofagi un aiuto inaspettato

Come noi lottiamo contro i batteri patogeni anche i batteri a loro volta hanno i loro nemici e questi nemici si chiamano batteriofagi o fagi. E come noi abbiamo trovato delle armi per combattere i nostri nemici, cosi anche i batteri hanno un’arma contro i fagi e quest’arma si chiama CRISPR-Cas9.

Ogni volta che un batterio è attaccato da un fagio una Cas9 estrae un pezzettino di DNA/RNA del fagio e lo ingloba nel DNA del batterio. Al prossimo attacco di un fagio della stessa famiglia del precedente, CRISPR-Cas9 trova una corrispondenza esatta tra il DNA inglobato e quello dell’attaccante e inizia a tagliare il DNA del fagio nel punto corrispondente alla sequenza inglobata uccidendolo.

Una volta scoperto questo, alla fine del secolo scorso, non è stato difficile per gli scienziati capire che CRISPR-Cas9 poteva essere usato per tagliare un qualsiasi tipo di DNA in un ben determinato punto. Bastava dare in pasto la sequenza da tagliare al CRISPR-Cas9e questa iniziava il suo lavoro di ricerca e taglia. E questo indipendentemente dal fatto che il DNA fosse quello di un fagio o di un bambino malato di fibrosi cistica.

Come mai non ci sono ancora applicazioni pratiche?

Purtroppo il sistema CRISPR-Cas99 non è esente da difetti. Innanzitutto Cas9 riconosce altre sequenze geniche oltre a quella inglobata. Se questo è utile nella lotta ai fagi perché permette di uccidere fagi con sequenze geniche lievemente differenti questo non è accettabile per un uso terapeutico perché eventuali modifiche del DNA in altri siti potrebbero portare a effetti inaspettati e deleteri come, ad esempio, un’evoluzione tumorale della cellula.

Inoltre le possibilità di taglia e cuci non sono spesso utili in alcune situazioni in cui, piuttosto che tagliare e ricucire è necessario invece sostituire le basi errate.

Futuro?

Nel 2017 gli scienziati sono riusciti a costruire delle versioni evolute di CRISPR-Cas9 di modo che il sistema non sia più basato sul meccanismo del trova e taglia ma è stato mutato in una sorta di correttore che non necessita più della necessità di tagliare il DNA originale.

Il primo studio ha dimostrato che è possibile correggere la sequenza bersaglio senza tagliare il DNA e quindi senza avere le imprecisioni dovute ai meccanismi automatici di riparazione cellulare e riducendo al minimo gli errori.

Il meccanismo prevede infatti l’identificazione della base sbagliata sul DNA e la sua modifica a livello chimico.

Purtroppo attualmente questo meccanismo non è in grado di effettuare tutte le conversioni possibili.

Un secondo studio, pubblicato su Science ha invece sperimentato una variante di Cas9 chiamata Cas13 per modificare a livello chimico l’RNA messaggero e non il DNA.

L’RNA messaggero è la molecola che veicola le istruzioni contenute nel DNA, una sorta di amanuense che copia di volta in volta i pezzi del DNA e porta le istruzioni alle “fabbriche” dove verranno utilizzate per produrre le proteine. Agendo sull’RNA, piuttosto che sul DNA, le azioni di editing sono reversibili perché non vado a toccare l’originale ma solo una copia temporanea.

Siamo solo agli inizi ma sicuramente, nei prossimi anni, ne vedremo delle belle come ci assicura questo simpatico video su youtube che trasforma la famosa canzone “Mr. Sandman” in un inno a questa nuova fantastica macchina molecolare.

Guarda la divertente parodia di Mr. Sandman 👇