CRISPR: i segreti del sistema che rappresenta l’ultima frontiera nell’ingegneria genetica

1. COME È STATO SCOPERTO IL CRISPR/CAS9?

I veri momenti eureka sono rari nella scienza, ma uno si è verificato una decina di anni fa, quando la ricerca del 2012 di Jennifer Doudna e Emmanuelle Charpentier (foto sotto) su una funzione immunologica dei batteri è sfociata in una scoperta da Premio Nobel.

In natura il sistema Crispr (clustered regularly interspaced short palindromic repeats) è un meccanismo di difesa molecolare che i batteri utilizzano per individuare e distruggere il DNA di un virus.

Questo avviene attraverso delle “forbici” molecolari estremamente precise che tagliano il DNA dell’invasore e lo inattivano, impedendo così l’infezione.

Ancora più sorprendente è il fatto che, mediante il Crispr, i batteri siano in grado di memorizzare geneticamente le infezioni già avvenute per affrontarle in seguito.

La grande svolta c’è stata quando si è capito come isolare gli specifici enzimi e l’RNA (acido ribonucleico) che compongono le forbici genetiche.

La riproducibilità in laboratorio ha trasformato il Crispr in uno strumento utile per modificare il genoma di qualsiasi essere vivente.

2. COME STA CAMBIANDO LA MEDICINA IL CRISPR? E I VACCINI?

Numerose malattie genetiche sono causate da una mutazione in un singolo gene e la potenza (e la precisione) del sistema Crispr permetterebbe di sradicare queste patologie dal genoma umano in un unico intervento.

Il suo primo utilizzo per trattare malattie del sangue, come l’anemia falciforme e la beta talassemia, ha infatti fornito risultati talmente incoraggianti che a novembre 2023 l’Mhra, l’ente responsabile dell’immissione in commercio dei farmaci nel Regno Unito, ne ha approvato ufficialmente l’utilizzo.

Praticamente ogni malattia con una componente genetica potrebbe essere affrontata con il sistema Crispr.  Sono in corso sperimentazioni per patologie diverse come la cecità, il cancro, il diabete e l’HIV/AIDS.

Anche disturbi come le malattie cardiache e la demenza potrebbero essere presi di mira, perché i ricercatori non si limitano a studiare i geni che causano le malattie, ma cercano anche modi per inserire DNA protettivo nel genoma umano.

E i vaccini? Con lo strumento Crispr-Cas9 è come se il sistema immunitario ricevesse un “mandato d’arresto” per uno specifico virus con tutte le informazione per riconoscerlo. Molti tipi di vaccini sono progettati per svolgere questo stesso compito: avvisare il sistema immunitario di potenziali invasori.

Grazie alla sua precisione e facilità d’uso, il Crispr può aiutarci a creare nuovi sistemi di difesa. Durante la pandemia COVID-19, per esempio, è stato utilizzato per sviluppare alcuni vaccini a base di mRNA e ora viene utilizzato per accelerarne di nuovi, tra cui uno contro la malaria.

Operando sul parassita Plasmodium falciparum, che causa la malaria, gli scienziati di Washington hanno eliminato tre geni necessari per infettare gli esseri umani.

Dopo essere stati punti da zanzare contenenti il parassita modificato con il Crispr, le persone sono state successivamente protette dalla malaria per alcune settimane, grazie agli anticorpi prodotti dall’organismo.

3. È POSSIBILE USARE IL CRISPR NON SOLO IN MEDICINA? IL CRISPR POTREBBE RIPORTARE IN VITA CREATURE ESTINTE?

Qualcuno ha voglia di un pomodoro piccante? Che ne dite di un po’ di frutta secca che non dia fastidio alle vostre allergie? O un hamburger a tre strati da gustare senza mandare in orbita il colesterolo?

Queste sono alcune delle deliziose possibilità che si prospettano quando i ricercatori inizieranno a usare il sistema Crispr per produrre alimenti con caratteristiche insolite.

In agricoltura viene utilizzato per produrre colture resistenti ai parassiti o alla siccità, così da poter fronte alla crescente domanda di cibo.

Le aziende biotecnologiche sono in corsa per sviluppare alimenti che ci rendano più sani e i ricercatori stanno sviluppando noci, grano e altri alimenti modificati che non inneschino allergie.

Il sistema Crispr è utilizzato anche per sviluppare carne coltivata in laboratorio e la ricerca ha dimostrato che questa tecnica riduce il colesterolo LDL (lipoproteine a bassa densità) nelle scimmie del 70% in due settimane.

Il Crispr potrebbe riportare in vita creature estinte? Crispr ha il potenziale per prendere il DNA superstite di una specie estinta e confrontarlo con il genoma di una affine ancora esistente.

Modificando il genoma della seconda specie nei punti in cui differisce, i ricercatori ritengono di poter riportare in vita gli animali o di poter creare degli ibridi che condividono parte del DNA.

L’esempio più emblematico è quello del mammut lanoso, che si è estinto circa 10.000 anni fa, di cui sono stati trovati diversi esemplari conservati nel ghiaccio. Gli scienziati non solo sono riusciti a estrarne il DNA, ma anche a sequenziane l’intero genoma.

Ora i ricercatori stanno cercando di riportarli in vita per fargli popolare la tundra artica. La start-up Colossal sta usando il sistema Crispr per modificare geneticamente il genoma degli elefanti asiatici in modo che abbiano tratti adattati al freddo dei loro cugini morti da tempo, come orecchie più piccole e più grasso corporeo. Si stima che entro cinque anni sarà possibile vedere nuovamente un cucciolo di mammut.

Sono in corso anche altre iniziative tese a riportare in vita animali recentemente estinti, come il tilacino e il piccione migratore.

4. QUALI SONO LE SFIDE LEGATE AL CRISPR?

L’editing del genoma è ancora un processo complesso e molto costoso, soprattutto quando si tratta di curare malattie.

Attualmente i ricercatori sono ancora impegnati a perfezionare i meccanismi di utilizzo del sistema Crispr, oltre che cercare enzimi che potrebbero essere più efficaci del Cas9 e studiare un modo per limitare i cosiddetti “effetti fuori bersaglio”.

Quest’ultimi si verificano quando il processo di editing non riguarda solo il DNA bersaglio, ma potenzialmente anche altri geni all’interno dell’organismo.

Forse le sfide più grandi non sono però di natura tecnica, ma etica. L’editing genico è stato a lungo stigmatizzato come un “giocare a fare Dio” e i ricercatori si pongono alcune domande rispetto al suo utilizzo.

Porterà a una maggiore disuguaglianza, poiché inizialmente solo i più ricchi avranno accesso a tali trattamenti? È lecito intervenire sulle cellule germinali per far trasmettere le modifiche anche alla generazione successiva? E quando diventerà più accessibile, non c’è il rischio che venga usato non solo per curare, ma per potenziare l’uomo?

5. CHI SONO LE “CRISPR BABIES”?

Nel 2018 sono nate in Cina due bambine gemelle che sono diventate note come le “Crispr babies”, ovvero i primi bambini geneticamente modificati al mondo.

Il biofisico He Jiankui ha modificato embrioni umani, che sono stati poi impiantati in una donna. Egli ha affermato di aver solo disattivato un particolare gene per garantire loro una protezione contro l’HIV.

A seguito di questo, è stato arrestato in Cina e condannato dalla comunità scientifica mondiale per aver oltrepassato un’importante linea etica: la modifica della linea germinale umana (le mutazioni apportate sarebbero state trasmesse ai futuri figli delle ragazze).

Lo scienziato è stato anche criticato per non aver seguito le normali procedure di sicurezza e per aver alimentato l’idea di un futuro fatto di bambini “progettati”, ovvero che attraverso l’editing genetico sarà possibile crearsi un figlio su misura definendone ogni dettaglio; dal colore degli occhi al livello d’intelligenza.