Editing genomico

Editing genomico: che cos'è e a cosa serve? Sarà la terapia del futuro?

L’editing genomico è una tecnologia altamente innovativa che funziona come un “correttore di bozze” del DNA: interviene in maniera precisa per trovare e correggere gli errori genetici all’interno dell’intero genoma. Molti considerano l’editing genomico come la terapia genica del futuro, visto che permetterebbe di correggere un gene difettoso direttamente là dove si trova senza doverne fornire una copia sana dall’esterno.

Una tecnica da Nobel: CRISPR

La vera rivoluzione in questo campo è arrivata nel 2012 con la scoperta del sistema Crispr-Cas9, che ha messo in secondo piano i sistemi di editing denominati nucleasi a dita zinco (zinc-finger nucleases), meganucleasi e TALEN che erano stati utilizzati fino ad allora dai ricercatori di tutto il mondo. CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, espressione traducibile in italiano con brevi ripetizioni palindrome raggruppate e separate a intervalli regolari) ha dimostrato, fin da subito, una potenzialità e una versatilità fino a poco prima inimmaginabili: qualunque tipo di cellula vegetale, animale, inclusa quella umana, può essere modificata geneticamente e la correzione può avvenire anche per un singolo errore, e ovunque nel genoma. Inoltre, questa tecnica è facile da utilizzare, veloce ed economica, tutti fattori che contribuiscono ad ampliarne le potenzialità in ambito terapeutico. Una rivoluzione che ha premiato le sue scopritrici e autrici dell'ormai famoso studio pubblicato su Science nel 2012 - Emmanuelle Charpentier, Direttrice del Max Planck Unit for the Science of Pathogens a Berlino, e Jennifer A. Doudna, Professoressa all’University of California (Berkeley) - a vincere il Premio Nobel per la Chimica 2020 per lo “sviluppo di un metodo di editing genomico” basato su CRISPR.

CRISPR è l’acronimo di “Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats”, ovvero sequenze geniche che si ripetono a intervalli regolari. A CRISPR sono associati i geni Cas ("CRISPR associated", da cui deriva "Crispr-Cas9") che codificano enzimi capaci di tagliare il DNA. Il DNA non viene tagliato in modo casuale, ma in un punto preciso grazie alla presenza di un RNA guida.

Questo sistema è stato originariamente scoperto nei batteri, nei quali agisce come arma di difesa contro i virus - un po' come il sistema immunitario umano - e funziona in maniera molto semplice ma con grande efficienza. Il sistema CRISPR si basa sulla combinazione di due elementi: un enzima Cas e un RNA guida che si appaia al DNA del virus per indicare a Cas il punto in cui tagliare. Come nel caso della terapia genica, anche la strategia di editing basata su CRISPR può essere somministrata in vivo (direttamente nell'organismo) o ex vivo (all'esterno, su cellule vive prelevate dell'organismo).

Ad oggi la ricerca nell’ambito dell’editing genomico spazia dalle malattie genetiche, in particolar modo quelle rare (come la distrofia muscolare di Duchenne, la beta-talassemia e la fibrosi cistica), ai tumori, passando per le malattie neurologiche (Alzheimer e Parkinson), fino alle malattie infettive (HIV). L’utilizzo di CRISPR è inoltre in studio nel campo degli xenotrapianti, in particolare degli organi suini, per la terapia di malattie umane.

TEST OPEN DIV

CRISPR

Correggere in maniera sempre più efficiente, e permanente, il difetto genetico alla base della grave patologia muscolare. Obiettivo raggiunto da due studi preclinici, uno statunitense e l’altro tedesco

Da diversi anni la distrofia muscolare di Duchenne (DMD) è entrata nel mirino di CRISPR, l’ormai noto sistema di editing genomico che ambisce a combattere le malattie genetiche puntando alla correzione dei difetti presenti nel DNA. Una serie di studi hanno finora dimostrato la capacità di Crispr-Cas9 di correggere alcune mutazioni alla base della DMD, ma il grado di efficienza e l’effetto a lungo termine sono ancora un tallone di Achille. Ed è su questi aspetti che sono interessanti i risultati dei due nuovi studi. Il primo, statunitense, e condotto su topi, ha dimostrato che CRISPR è in grado di colpire le cellule staminali muscolare rendendo così la correzione permanente. Nel secondo studio, ricercatori tedeschi sono riusciti a correggere con una buona efficienza le cellule muscolari e cardiache in un modello animale più vicino all’uomo sulla scala filogenetica: il maiale.

Crispr

Risale a novembre la pubblicazione di uno studio che descrive i risultati preliminari di un trial clinico di Fase I con Crispr-Cas9 per il cancro: nuovi dati ne confermano fattibilità e sicurezza

CRISPR e CAR-T: due approcci diversi che si incrociano in una sperimentazione clinica di Fase I, la prima autorizzata in USA per la valutazione dell’efficacia e della sicurezza dell’utilizzo di cellule T modificate geneticamente con Crispr-Cas9 su tumori in stadio avanzato. In un precedente articolo, Osservatorio Terapie Avanzate ha riportato i risultati preliminari dello studio coordinato da Edward A. Stadtmauer, che vede la collaborazione dell’Abramson Cancer Center of the University of Pennsylvania, del Parker Institute for Cancer Immunotherapy e Tmunity Therapeutics. Il 6 febbraio, sulla prestigiosa rivista Science, è stato pubblicato un aggiornamento che dimostra sicurezza e applicabilità di questa strategia innovativa che unisce CRISPR e CAR-T.

virus

La diagnostica è un ambito in cui CRISPR sta facendo grandi progressi. Virus che mettono a rischio la salute pubblica, come il 2019 nCoV, potrebbero essere individuati in modo rapido ed economico

La tecnica di editing genomico CRISPR è conosciuta per la sua capacità di modificare il DNA, ma può fare molto di più. Una delle possibili applicazioni è l’ambito diagnostico: infatti, la tecnica di editing permette di identificare le infezioni di virus e batteri grazie all’utilizzo di diverse proteine Cas, con discreti vantaggi rispetto ai metodi tradizionali, ad esempio la velocità dei test e i costi ridotti. L’azienda Mammoth Biosciences, che può vantare tra i fondatori la pioniera di CRISPR Jennifer Doudna, ha annunciato a fine gennaio di aver raccolto 45 milioni di dollari di fondi da investire, tra le altre cose, proprio nella diagnostica basata su CRISPR. La ricerca di un metodo di rilevamento rapido per il coronavirus 2019 nCoV (nome ufficiale confermato SARS-CoV-2, N.d.R.), che sta facendo molto parlare di sé in questo ultimo mese, rientra negli obiettivi delle loro attuali collaborazioni.

Anti-crisp

La scoperta casuale di un microbiologo dell’Università della California potrebbe stravolgere gli scenari della biotecnologia, cambiando in maniera profonda le modalità di azione di CRIPSR-Cas9

Chi pensava che il potere di CRISPR fosse illimitato si sbagliava di grosso perché se c’è una cosa che l’evoluzione ci insegna è che nulla al mondo è definitivo. Il sistema di protezione dalle infezioni virali noto come CRISPR, che in questi anni per il grande pubblico ha assunto le fattezze di uno strumento di precisione chirurgica per modificare il DNA, correggendo di fatto le sequenze contenti quelle mutazioni che causano gravi malattie, può essere fermato. E ciò presumibilmente grazie a dei virus che, nel tempo, sono riusciti a eluderne l’elaborato sistema di controllo. La notizia è di quelle che potrebbe far tremare i polsi di ricercatori e investitori ma, a ben guardare, sono più i vantaggi che gli svantaggi che porta con sé questa sensazionale scoperta di cui si è parlato anche sulla rivista Nature lo scorso 25 gennaio.

Rodolphe Barrangou

Dopo un anno vissuto intensamente, cosa possiamo aspettarci dall’editing genomico nei prossimi dodici mesi? Le previsioni nell’editoriale dell’ultimo numero del 2019 di CRISPR Journal

Gli appassionati di questa frontiera della ricerca hanno già assistito ad accelerazioni sorprendenti in passato, sin da quando la tecnica CRISPR è stata inventata, nel 2012. Non stupisce dunque che, per il prossimo futuro, il direttore del CRISPR Journal scommetta su una progressione per balzi, anziché passo dopo passo, in svariati settori delle scienze della vita. Il biologo molecolare Rodolphe Barrangou affida all’editoriale dieci previsioni per quello che promette di essere un altro anno denso di avvenimenti, forse cruciale per i destini dell’editing genomico. I suoi pronostici sono dichiaratamente arditi, coloriti e, almeno in parte, in controtendenza.

Fecondazione artificiale

Oltre alla prigione, una multa salata e il divieto di lavorare nell’ambito della medicina riproduttiva. È stata anche confermata la nascita di un terzo bambino geneticamente modificato.

Il 2019 è iniziato con la comunità scientifica concentrata sul caso “CRISPR-babies” e si è concluso con una sentenza di condanna per He Jiankui, il ricercatore che per primo nel mondo ha modificato geneticamente degli embrioni con lo scopo di portare a termine la gravidanza. Già da novembre 2018, quando c’è stata la prima dichiarazione pubblica del ricercatore, si è scatenato un ampio dibattito nel mondo scientifico e non solo. E, se fino a poco tempo fa si faceva riferimento solo alle due gemelline nate a ottobre 2018 (soprannominate Lulu e Nana, ma di cui ad oggi non sono state divulgate foto o altre informazioni), con il recente processo è stata confermata la nascita di un terzo “CRISPR-baby” nato a giugno-luglio 2019, di cui però non si sa il sesso, lo stato di salute o altro.

Con il contributo incondizionato di

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