Sistema di ingegneria genetica CRISPR / Cas9

Per molti decenni, gli scienziati hanno cercato modi per influenzare il DNA, in modo da poter superare le malattie gravi, eliminare i difetti dello sviluppo, il cancro e molti altri problemi. Per fare questo, si deve imparare come influenzare il DNA, modificare le sue sequenze, rimuovere quelle non necessarie, ma soprattutto, farlo in sicurezza per il corpo umano.

E ora, ai nostri tempi, gli scienziati di Harvard hanno scoperto una tecnologia completamente nuova per l’editing del DNA, che oggi è considerata la più promettente e unica. Il suo nome è CRISPR (dall’inglese: clustered regularly interspaced short palindromic repeats), che significa ripetizioni palindromiche accorciate che sono regolarmente disposte in gruppi.

Il nome completo è CRISPR / Cas9. Questo è lo strumento che consente di modificare i geni nel DNA, in modo da non influenzare altri processi. La tecnica si basa su un piccolo pezzo del sistema della difesa batterica, quando si sono riusciti a trovare e apportare modifiche al posto giusto nel DNA.

CRISPR / Cas9

Gli scienziati giapponesi, nel 1987, iniziarono a studiare E. coli e trovarono sequenze nel DNA che venivano ripetute periodicamente. Sembravano insoliti per loro e differivano dagli altri per la loro universalità. Nonostante i duri sforzi, molti lavori, non è stato possibile determinare la reale funzione di queste sequenze.
E così è stato fino al 2007. Quando i ricercatori del batterio Streptococcus, hanno scoperto che tali sezioni di DNA sono un componente del sistema immunitario, del batterio stesso. Ciò che ha fatto una svolta nello studio di tutta l’ingegneria genetica in generale. Gli scienziati hanno iniziato a studiare da vicino questa struttura e si sono resi conto che svolge un ruolo importante nella vita dei batteri.

Sappiamo tutti che siamo circondati dai microrganismi che non notiamo. Ma anche le creature così piccole hanno i geni che stanno codificando la sintesi proteica. Immaginiamo che un batterio incontri un virus. E, per non morire a causa di un organismo estraneo che è penetrato all’interno, attiva il proprio sistema immunitario, che respinge il virus.

Quando un batterio ha la capacità di distruggere un virus, ne “taglia” il materiale genetico e lo immagazzina tra le sequenze CRISPR. Quindi questi dati vengono utilizzati durante i nuovi attacchi di virus.
Questo è simile a come funzionano i programmi antivirus sui computer: hanno un database di frammenti di virus e con questo identificano i parassiti. Così, la cellula ricorda i trasgressori. La proteina effettrice più studiata Cas9 e la guida RNA l’aiutano a combatterli. Questa è una sezione del codice genetico per il riconoscimento della sequenza.

Quando il virus entra nella cellula, attiva il confronto dei suoi geni con i frammenti già presenti nel “database” batterico. E al trovare lo stesso spacer o molto simile, la guida dell’RNA viene inserita tra i fili della doppia elica e li rompe. E la proteina Cas9 fende il genoma e neutralizza la minaccia.
Così, durante tutta la sua breve vita, il batterio raccoglie dati e li trasmette alle generazioni successive, che sono già nate con i meccanismi di distruzione di alcuni virus.

Cosa darà all’umanità?

Quando sono comparsi i primi risultati positivi, hanno iniziato a essere utilizzati attivamente in diverse direzioni. Nel 2011, due scienziati si sono resi conto che la proteina Cas9 isolata poteva essere ingannata, facendogli passare una sequenza artificiale di RNA che ricorderà.
E se una tale proteina viene inserita in un organismo vivente, ad esempio un essere umano, cercherà le somiglianze. Dopo aver trovato la sequenza di DNA desiderata, entrerà e inizierà a distruggerla, tagliandola in pezzi.

E già nel 2013, gli scienziati sono stati in grado di dimostrare che il sistema CRISPR / Cas9 non solo può distruggere, ma anche inserire i geni necessari in un luogo specifico. Taglia il DNA e inserisce la sequenza che ha portato lì. Inoltre, la tecnologia ha dimostrato di essere sicura da usare su topi e umani.

E successivamente, il numero degli studi e articoli scientifici ha iniziato a crescere attivamente. Nel 2017 sono già più di 14.000 i progetti pubblicati.

I più utili e promettenti sono:

1. Lotta contro le malattie genetiche (anemia falciforme, malattia di Huntington, arresto dello sviluppo dell’infezione da HIV, ecc.)
2. Modifica della cellula germinale umana. In teoria, è possibile modificare effettivamente il DNA degli embrioni che potrebbero avere un gene per la malattia della fibrosi cistica. Ma in futuro, questo può portare alla proiezione genetica dei neonati, che è molto preoccupante per l’OMS (Organizzazione mondiale della Sanità).
3. Vogliono anche applicare CRISPR per modificare i geni dell’embrione al fine di determinare anomalie che portano a ripetuti aborti.
4. I biologi dicono anche che utilizzando questa tecnica sarà possibile aumentare l’attività di cellule come i linfociti T. Questo serve per aiutare il sistema immunitario a identificare e rimuovere le cellule tumorali umane.
5. Impatto sulle colture. CRISPR / Cas9. Con questa tecnologia, gli agricoltori possono rendere un particolare raccolto più resistente al caldo, al freddo o semplicemente rendere il frutto più dolce. Inoltre, possono rimuovere un gene dalla pianta che provoca reazioni allergiche negli esseri umani.

Utilizzo di CRISPR / Cas9 per il trattamento delle malattie ereditarie.

Ad oggi, gli scienziati hanno trovato un meccanismo di modifica del genoma adatto per eliminare alcune malattie ereditarie. Immagina di voler trovare una sequenza nucleotidica mutante o indesiderata e tagliarla dal DNA.

Questo è esattamente ciò che la proteina Cas9 può fare, se programmata in anticipo, trova e inizia a distruggere la cattiva sequenza di DNA. Ma il nostro corpo resisterà, e il meccanismo di “riparazione” di queste rotture si attiva, restituendo tutto com’era. E se in questo momento la proteina Cas9 con sequenze sane viene lanciata nel corpo, la cellula le includerà nel suo DNA. Quindi, saremo in grado di superare dozzine di malattie ereditarie, mutazioni, difetti.

Tecnologia ZFN e TALEN

Esistono molte altre tecnologie promettenti che consentono di interferire nei geni e di modificarli. Uno di questi è TALEN. Iniziò ad essere utilizzato al London Hospital ( Great Ormond Street) per il trattamento del cancro. La diagnosi del paziente: forma aggressiva di leucemia. La terapia tradizionale non ha avuto effetto. Pertanto, attraverso l’applicazione sperimentale della nuova tecnica di editing del genoma, è la prima e unica persona a riprendersi.

L’essenza del metodo sta nel fatto che la proteina TALEN distrugge la sequenza di DNA non necessaria attivando il processo di autodistruzione. Ciò consente alla cellula di diventare già sana, al posto di quella cattiva. Pertanto, questa tecnologia è una delle tecniche di ingegneria genetica più sicure. Ma c’è ancora molto da imparare.
La seconda tecnologia è ZFN. I primi studi furono condotti in California per combattere l’HIV. L’essenza del metodo è che le cellule immunitarie sono state rimosse dal sangue dei pazienti con HIV.

Successivamente, gli scienziati hanno rimosso da loro il gene CCR5, che l’infezione utilizza per accedere ad altre cellule. Questa tecnologia si basa sulla mutazione genetica e fornisce ai pazienti un’immunità naturale alle malattie. Ma va ricordato che la ricerca è stata condotta allo scopo sperimentale. Saranno in grado di usarlo solo quando gli specialisti saranno pienamente convinti della sicurezza dei questi metodi, prima di iniziare a usarli completamente in medicina.

Problemi etici

Ad oggi, un vertice internazionale sull’editing genetico umano ha consentito l’utilizzo di alcune tecniche di ingegneria genetica e solo a individui e laboratori nel mondo.
Ma solo su quelle cellule generative o sui primi embrioni umani che non verranno utilizzati per la gravidanza in futuro.
Inoltre, i biologi non escludono che la modificazione genetica degli embrioni umani, con un controllo debole, possa portare alla creazione del primo bambino geneticamente modificato in un laboratorio.
Gli scienziati dicono che se aprire l’accesso all’ingegneria genetica, le persone possono causare seri problemi. Dal momento che non è ancora chiaro quali siano le conseguenze a lungo termine dell’ingegneria genetica. Dopotutto, questa è una scienza abbastanza giovane, non ha nemmeno 100 anni.

Anche la maggior parte delle comunità religiose esprime la propria paura, considero l’ingegneria genetica un “gioco agli dei”.

Ma in effetti, non tutto è così male. Dopo tutto, quando possiamo apportare cambiamenti genetici in sicurezza, possiamo sconfiggere la maggior parte delle malattie, produrre più cibo, il che fermerà la fame in alcuni paesi del mondo.

Ultime ricerche nel mondo dell’ingegneria genetica

Marzo 2020 – Gli scienziati studiano un nuovo sistema CRISPR. Può tagliare simultaneamente il DNA in punti diversi e rimuovere frammenti di geni. Oltre a Cas9, include Cas12a. Che con l’attività della ribonucleasi divide l’RNA in un paio di guide. Questa tecnologia si chiama CHYMErA.
CRISPR / Cas9 / Cas12a è uno dei metodi più promettenti nel mondo moderno e si svilupperà e migliorerà nel prossimo avvenire. Ancora più importante, questa tecnologia non è solo efficace, ma anche veloce, economica e completamente sicura.