Il copia e incolla del DNA

Chi non conosce il comando “copia e incolla” introdotto nei programmi Office da Microsoft?
Una sequenza semplice ed efficace per trasportare parti di testo e numeri da un file o da un’applicazione ad un’altra, usando solo i tasti Ctrl C e Ctrl V. Si parla comunemente di editing per individuare questi interventi di correzione, che possono riguardare testi, audio e video.

Pochi però sanno che l’editing è possibile anche a livello del nostro DNA.

Il DNA, acido desossiribonucleico, è la molecola depositaria dell’informazione genetica in tutte le cellule ed in alcuni virus. La molecola di DNA contiene tutte le informazioni indispensabili per produrre le migliaia di proteine presenti nel nostro corpo e le sue mutazioni sono la causa di un’innumerevole serie di malattie.

L’editing del genoma è un intervento di precisione che consente la correzione mirata di una sequenza di DNA.

Nel tempo sono state sperimentate diverse tecniche in grado di modificare il DNA di vari organismi, ma la maggior parte di esse era piuttosto grossolana e le modifiche ottenute non erano sempre quelle desiderate. Per rimediare alla presenza di un gene difettoso, infatti, un tempo si cercava semplicemente di aggiungerne uno “corretto” (DNA ricombinante). Oggi esiste invece una tecnica rivoluzionaria che consente di correggere i genomi con una precisione senza precedenti e di farlo soprattutto in modo facile ed economico.

Si tratta di una rivoluzione nel campo delle biotecnologie, dalle implicazioni pratiche ed economiche gigantesche.

Per capire perché CRISPR sia così importante è necessario fare un piccolo viaggio nel tempo e ripercorrere i passi dei genetisti che per primi si sono avventurati nel territorio dell’editing genomico. Sono millenni che l’uomo si impegna nella “domesticazione” di piante e animali e attua, in senso lato, un’attività di manipolazione genetica. Ma se dobbiamo individuare un punto di inizio di questa avventura, non si può non pensare a Hermann Muller, il primo a varcare la frontiera dell’editing genetico scoprendo l’azione mutagena dei raggi X. Una scoperta che lo porterà dritto a vincere nel 1946 il premio Nobel. Dai raggi X alle sostanze per la mutagenesi chimica il passo è breve: uno strumento ancora ampiamente diffuso per l’induzione di mutazioni nelle piante e per la creazione di nuove varietà.

Un altro salto importante avviene nel 1985, quando Oliver Smithies scopre la mutazione per ricombinazione omologa. È la prima volta che gli scienziati riescono a guidare la mutagenesi dove vogliono: non più un processo casuale come quello delle sostanze mutagene, da cui selezionare con pazienza certosina le mutazioni interessanti, ma una mutagenesi mirata.

Sono risultati straordinari, ma c’è ancora un “ma”: l’efficacia è molto variabile, l’affidabilità lascia a desiderare. Le proteine batteriche che operano i tagli sono precise, ma non infallibili. Poi, la svolta, con lo studio di Emmanuelle Charpentier e Jennifer Doudna sul sistema CRIPSR/Cas9, apparso su Science nel maggio del 2012.
Il mondo della ricerca è stato investito da allora da un’ondata di fermento senza precedenti.

Si tratta di una tecnica che cancella tutti i limiti dei sistemi precedenti. A guidare l’enzima sulla sequenza bersaglio non è più una proteina, ma un filamento di RNA: facile da sintetizzare, economico e terribilmente efficace. È l’inizio della rivoluzione.
Proviamo a spiegare, nei limiti di un articolo divulgativo, come funziona.

In natura, CRISPR e Cas9 formano un complesso che funge da sistema immunitario per i batteri.
I batteri sono attaccati spesso dai virus, esattamente come noi. Possiamo immaginarci la situazione come un gioco di sopravvivenza, nel quale i batteri cercano di disinnescare delle bombe a orologeria, innescate al proprio interno dai virus. I batteri, per fortuna, dispongono di un asso nella manica: il CRISPR, un meccanismo difensivo efficace, che gli permette di individuare queste bombe (il DNA del virus) e distruggerle.
Una componente fondamentale del sistema CRISPR è costituito proprio dalla proteina chiamata Cas9, capace di cercare, tagliare e infine alterare e distruggere il DNA dei virus, secondo un meccanismo di riconoscimento altamente specifico.

Il complesso CRISPR è stato paragonato a un coltellino svizzero multifunzione, dotato di bussola per individuare il punto giusto, morsa per afferrare il DNA e cesoie per recidere.

Fonte: Ansa e Università di Copenaghen

La tecnologia CRISPR può produrre mutazioni indistinguibili da quelle naturali, che possono essere impiegate per “spegnere” un gene dannoso. Oppure è possibile operare correzioni più estese, per far sì che un gene difettoso possa tornare funzionante. O ancora, è possibile anche inserire un segmento nuovo di DNA, che conferisca una nuova caratteristica ritenuta utile.

Quel che occorre sottolineare è che, poiché il sistema funziona in tutti gli organismi – dai batteri, alle piante, all’uomo – le possibili applicazioni appaiono quasi illimitate. Come dicevamo, anche le implicazioni economiche sono difficili da quantificare ma sicuramente impressionanti.

Tra le aree di ricerca più promettenti ci sono lo sviluppo di nuovi farmaci, le terapie geniche e cellulari anche per la cura dei tumori, gli xenotrapianti e il controllo delle malattie trasmesse dagli insetti. Molte le possibili applicazioni in campo agroalimentare ad esempio per rendere le piante più resistenti agli stress senza modificarne gusto e qualità nutrizionali. In campo industriale, infine, si spera che l’editing genomico favorisca lo sviluppo di prodotti utili, come una nuova classe di biocombustibili.

Tralasciamo per un attimo l’aspetto etico della tecnologia, che si potrebbe prestare a utilizzi del tutto impropri. D’altra parte, scriveva Elio Sgreccia, teologo e vescovo italiano: “La bioetica dovrebbe proprio servire ad acquisire gli strumenti per riunificare ciò che la tecnica ha diviso”.

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