Cinque cose da sapere su Crispr-Cas9

La tecnologia Crispr-Cas9, un metodo di biologia molecolare che permette di modificare con facilità le sequenze di DNA di quasi ogni organismo, ha aperto a molte potenzialità prima impensabili in ambito biomedico.

Se è una speranza per la cura di molte malattie e potenzialmente un metodo che potrebbe rivoluzionare molti ambiti della vita, è anche un tornado per gli aspetti etici, perché nel DNA sono archiviate le informazioni che definiscono chi siamo. Le reazioni che hanno accompagnato la scoperta e le applicazioni di Crispr-Cas9 sono state contraddittorie. È stato come mettere una forbice più potente e più facile da usare nelle mani degli scienziati, che oggi hanno la possibilità di tagliare e ricucire il DNA con una rapidità e precisione maggiori rispetto al passato.

1. Cos’è Crispr-Cas9?

Crispr-Cas9 è una sorta di sistema immunitario estremamente semplice, ma preciso, che si trova in alcuni microrganismi. Più precisamente, si tratta di un complesso molecolare formato da una sequenza di RNA e una proteina, capace di tagliare le sequenze di DNA a cui si lega. È presente in natura nei batteri, e li protegge dagli invasori esterni. Crispr (che sta per Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, e cioè “brevi ripetizioni palindrome raggruppate e separate a intervalli regolari”) riconosce pezzi di DNA che i virus dei batteri (chiamati batteriofagi) introducono nella cellula batterica, grazie alla sequenza di RNA compresa nella macchina molecolare. A questo punto si attiva Cas9 (acronimo di Crispr-Associated Protein 9, cioè “proteina associata a Crispr 9”), una proteina appunto di natura enzimatica che fa a pezzi il DNA dell’invasore rendendolo innocuo. Gli scienziati hanno ipotizzato che la sequenza di RNA sia una sorta di memoria, proprio come il nastro registrato di una musicassetta. I batteri la utilizzano per ricordarsi delle infezioni che li hanno colpiti in precedenza e proteggere la cellula dai successivi attacchi.

2. La storia dello sviluppo di Crispr-Cas9

La prima volta che i ricercatori hanno notato Crispr nel DNA di un batterio era il 1987. In seguito, l’hanno ritrovato anche in altri batteri, e hanno notato che era sempre composto da cinque porzioni uguali e ripetute, distanziate da regioni variabili. Ci sono voluti circa venti anni per capire che Crispr svolge una funzione di difesa nei batteri. Ma è nel 2012 che succede una cosa incredibile: Emmanuelle Charpentier e Jennifer Doudna riescono a modificare Crispr-Cas9, trasformandolo in uno strumento di modifica dei geni di qualunque cellula, dal lievito, alle piante, agli animali e agli esseri umani.

3. Come Crispr-Cas9 modifica il DNA

Prima di Crispr-Cas9 c’erano altri metodi per modificare il DNA, ma Crispr-Cas9 è ordini di grandezza più efficiente, economica e facile da usare, e per questo ha avuto fin da subito tanto successo..

Ecco come funziona: l’RNA incluso nella tecnologia di Crispr si incastra con un pezzo di DNA complementare come fanno due pezzi di un puzzle. Basta riscriverne la sequenza perché non riconosca più solo gli invasori di una cellula batterica, ma qualsiasi porzione di DNA. Legato il DNA, l’RNA guida Cas9 nel taglio.

Al posto della sequenza tagliata si può introdurre un nuovo segmento di DNA, inserendo una sequenza che corregga un errore presente in precedenza oppure appositamente delle sequenze con mutazioni, per esempio quelle che causano una malattia, per studiarne l’effetto in laboratorio.

4. Crispr-Cas9 è già tra noi

Crispr-Cas9 ha potenziato molti ambiti della biologia e della medicina sperimentale, in primis la ricerca sui tumori e sulle malattie di origine genetica. Tra gli innumerevoli studi che hanno impiegato questa tecnica ormai comune, alcuni tentativi di  riprodurre in laboratorio alcuni aspetti del tumore al colon, della leucemia mieloide acuta o del cancro ai polmoni. Crispr-Cas9 ha aiutato anche a comprendere meglio malattie di origine ereditaria, malattie rare o patologie più comuni, a carico del sistema cardiovascolare o nervoso, per esempio nello studio sperimentale di cellule prelevate da persone con anemia di Fanconi, distrofia muscolare di Duchenne, fibrosi cistica e beta-talassemia, dove ha dimostrato sperimentalmente di poter correggere diverse mutazioni ereditarie.

Crispr-Cas9 può anche aiutare a riparare il genoma delle cellule di un individuo e reintrodurre le cellule così modificate nell’organismo, che così può essere curato, nell’ambito della cosiddetta terapia genica. Queste tecniche sono utilizzate anche per le modifiche genetiche necessarie a modificare le cellule utilizzate, nel caso dei tumori, nella terapia CAR-T, impiegata per uccidere selettivamente le cellule di diversi tipi di tumori.

Gli scienziati hanno utilizzato Crispr-Cas9 anche in esperimenti con animali di laboratorio, più precisamente topi, correggendo dopo la nascita difetti a carico di interi organi, ma il trasporto di questa macchina molecolare all’interno delle cellule di un organismo intero, rispetto all’uso in cellule in coltura, resta complicato.

5. Fino a che punto potremo spingerci?

Siamo pronti per introdurre Crispr-Cas9 in clinica per correggere mutazioni che portiamo nelle cellule del nostro corpo? La ricerca sta facendo tentativi in questa direzione, ma è possibile che la precisione necessaria per questo tipo di interventi sia ancora insufficiente e che sequenze indesiderate possano essere tagliate per errore: un effetto indesiderato che ancora non siamo sicuri di poter controllare.

La frontiera della ricerca si spinge proprio verso la riduzione di tali errori. La scoperta o la creazione di nuove varianti appartenenti alla famiglia Cas lascia ben sperare in una macchina più precisa di quella attuale, ma anche l’introduzione delle sequenze corrette in seguito al taglio è una tecnica ancora da perfezionare. La strada è ancora lunga, ed è verosimile che delle potenzialità di questa tecnologia per la salute abbiamo finora visto soltanto i primordi.