tredicimila il record dei refusi corretti con un colpo di CRISPR, tecnica di editing genomico

Messo a punto un sistema in grado di correggere simultaneamente migliaia di sequenze ripetute senza scatenare danni cellulari. Importante strumento per studiare i processi genetici di alcune patologie

C’era una volta l’ingegneria genetica, che permetteva di modificare faticosamente un gene alla volta. Ora c’è l’editing genomico, e il laboratorio di George Church ha dimostrato di poter ottenere migliaia di mutazioni mirate in una singola cellula, con un colpo di CRISPR. L’impresa, descritta sul sito delle pre-pubblicazioni rapide bioRxiv dal gruppo dell’Università di Harvard è da Guiness dei primati e straccia il precedente record, stabilito quattro anni fa sempre da Church, sempre con CRISPR.

Il balzo compiuto dal 2015 a oggi è strabiliante: siamo passati da 62 loci corretti simultaneamente, che sembravano già tantissimi, all’incredibile cifra di 13,200. Allora si trattava di un esperimento per ripulire il genoma dei maiali dai retrovirus dormienti, con l’obiettivo di trasformarli in donatori di organi sicuri per l’uomo. Quanto al nuovo exploit, potrebbe sembrare un virtuosismo fine a sé stesso ma questa forma di editing estremo potrebbe trovare in futuro delle applicazioni utili.

Quando viene usata nella versione classica, CRISPR recide il DNA attivando i naturali processi di riparazione cellulare. Ma se i tagli sono tanti e tutti insieme, questo processo di riparazione va in tilt portando alla morte cellulare. L’editing multiplo, insomma, può risultare tossico. Per questo i ricercatori hanno messo a punto delle varianti di CRISPR che correggono senza tagliare. Sono dette editor di basi e possiamo immaginarle come dei coltellini svizzeri pluriaccessoriati: conservano la bussola e la morsa di CRISPR (ovvero la capacità di trovare la sequenza desiderata e di legarsi al DNA) ma al posto delle forbici hanno una gomma e una matita per riscrivere il genoma. Ebbene, Church e colleghi hanno sviluppato un set di editor che funziona così bene in vitro da riuscire a correggere simultaneamente migliaia di sequenze ripetute senza scatenare la tossicità cellulare.

I ricercatori hanno usato due linee cellulari e hanno scelto come bersaglio le sequenze LINE-1 (Long Interspaced Elements), che sono attive nei neuroni e sono sospettate di giocare un ruolo in alcune malattie neurologiche e nell’invecchiamento. Il DNA umano è pieno di sequenze ripetute che un tempo ritenevamo prive di importanza al punto da chiamarle “spazzatura” e che ora sono considerate elementi attivi del genoma. Oltre alle LINE-1, ad esempio, esistono le HERV (Human Endogenous Retro Viruses), che sono state associate alla sclerosi multipla. Inattivandole tutte con l’editing multiplo si potrebbe provare a verificare sperimentalmente questo nesso.

I nuovi editor di basi, dunque, potranno essere impiegati nella ricerca di base, per comprendere le funzioni della “materia oscura” che costituisce fino al 45% del nostro DNA. Ma non è difficile immaginare applicazioni più fantascientifiche, in linea con lo spirito da pioniere di George Church. La sua ambizione è di arrivare, un giorno, a riscrivere gran parte del genoma umano, per ottenere cellule resistenti a qualsiasi agente virale. E magari anche riportare in vita specie estinte, come il mammuth, editando il genoma del suo parente più prossimo, l’elefante. Naturalmente correggere la stessa sequenza che si presenta migliaia di volte in un genoma è più facile che correggere tanti loci diversi. Ma se si riuscirà a farlo, sarà possibile studiare le interazioni tra i geni coinvolti in processi complessi, con ricadute positive per gli studi di biologia evoluzionistica, genetica delle popolazioni e patologia delle malattie umane.

L’editing contemporaneo di una manciata di geni ha già permesso di sviluppare trattamenti cellulari promettenti come le terapia CAR-T. Ma come scrivono Church e colleghi nell’ultimo lavoro sull’editing multiplo, “i trattamenti futuri potrebbero richiedere ulteriori modificazioni per potenziare le immunoterapie del cancro, ridurre la crescita tumorale e ridurre gli effetti collaterali come la malattia acuta da rigetto”.

Un altro filone di ricerca, infine, punta sull’editing multiplo per distruggere i cromosomi extra presenti nelle aneuploidie come la sindrome di Down. Nel 2017 ha fatto notizia la frammentazione e scomparsa del cromosoma Y ottenuta da un gruppo dell’Università di Adelaide in cellule ed embrioni di topo, colpendo quaranta e più loci insieme, con l’aiuto di CRISPR.        

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