La democratizzazione dell’ingegneria genetica: CRISPR-Cas9

Prima di parlare di CRISPR-Cas9 (si pronuncia crisper) dobbiamo fare delle doverose premesse. CRISPR-Cas9 è un sistema molecolare, che permette di eseguire tagli sul DNA. Il DNA è il nostro libretto delle istruzioni, scritto utilizzando solo 4 “lettere”: A, G, C, T, che indicano i nucleotidi. Tutto quello che vediamo di noi, dal colore degli occhi alla forma del nostro naso e fino all’intolleranza al glutine, è codificato nel nostro DNA o più correttamente genoma. Non tutto il nostro genoma, però, è codificante, ossia non tutto contiene delle informazioni utili. Solo alcune sequenze di DNA, dette geni, sono direttamente correlate con le nostre caratteristiche fisiche. Cambiare “lettere”, o nucleotidi, all’interno dei geni può avere conseguenze devastanti per la nostra salute. Basti pensare alla fibrosi cistica, nella mutazione ∆F508, la perdita di sole tre lettere, CTT, può fare la differenza tra la salute e questa malattia.

Riassumendo, il genoma è tutto il libro delle istruzioni, compreso di copertina, mentre i geni sono le pagine dove effettivamente abbiamo le istruzioni per costruire il nostro corpo.

Iniziamo percorrendo la storia e la scoperta di CRISPR-Cas9, il sistema che ha rivoluzionato la biologia molecolare contemporanea. Dal 1987 al 2005 si susseguono scoperte di CRISPR-Cas9 in diverse specie di batteri inaugurando la corsa all’editing molecolare. Prosegue nel 2007 con la scoperta del “sistema teleguidato” di CRISPR-Cas9, il crRNA (vedremo poi cos’è). Il 2007 è anche l’anno in cui cresce l’interesse per CRISPR-Cas9, grazie allo studio richiesto dalla compagnia danese di yogurt Danisco, che era alla ricerca di una tecnica per “vaccinare” le proprie culture batteriche. Infine, nel 2012, due brillanti scienziate, l’americana Jennifer Doudna e la francese Emmanuelle Charpentier, insieme ai loro gruppi di ricerca conclusero la corsa di CRISPR-Cas9 mettendo in moto il più potente sistema di modifica genetica conosciuta.

Quest’ultimo passo è valso alle due scienziate il premio Nobel per la chimica nel 2020, a soli 8 anni dalla scoperta.

Quindi, vi starete chiedendo, cosa rende CRISPR-Cas9 così straordinario? Per rispondere vorrei dilungarmi ancora, per ampliare la panoramica sul mondo della biologia molecolare; la biologia delle cellule o, meglio, di ciò che si trova dentro alle cellule. È dalla scoperta del DNA di J. Watson e F. Crick nel 1953, che l’uomo sta voracemente cercando un modo per cambiare il destino scritto nel nostro genoma, prima di CRISPR-Cas9 altre tecniche di editing molecolare, come ZFNs e TALENs, venivano utilizzate per modificare il genoma; si trattava di tecniche costosissime o con un’efficacia limitata. Del resto, l’impresa di modificare con precisione il genoma è mastodontica; cercare una sequenza di 5 lettere all’interno del genoma umano è come cercare una specifica parola di una specifica frase in un libro di oltre 2’000’000 di pagine (sono più o meno 3000 Divine Commedie) e scritto utilizzando solo 4 lettere dell’alfabeto.

Quindi, vista la grande complessità anche le tecniche più precise e costose portavano inevitabilmente ad un gran numero di errori. CRISPR-Cas9, non è certo perfetta, però ha democratizzato l’editing genetico; lo ha reso più semplice da utilizzare, ha migliorato la precisione e soprattutto, ha abbattuto i costi.

Ora che conoscete la sua storia possiamo finalmente parlare di questo rivoluzionario sistema molecolare.

CRISPR-Cas9 è una forbice molecolare che consente di tagliare e modificare il DNA dove vogliamo.

È composto da un’endonucleasi, la proteina Cas9, che effettua il taglio e CRISPR, ossia le sequenze di RNA; l’RNA è un acido nucleico simile al DNA ma più instabile. Per la precisione, la componente di RNA in CRISPR-Cas9 è suddivisa in crRNA (CRISPR-RNA) e tracrRNA (crRNA trans-attivatore). Il crRNA serve ad individuare la regione di DNA che si vuole modificare, mente il tracrRNA serve da collante tra il crRNA e la proteina Cas9. Ad oggi, il crRNA e il tracrRNA sono stati uniti nel gRNA, o RNA guida.

In sintesi, Cas9 è la forbice, tracrRNA è la mano che tiene la forbice, mentre crRNA sono gli occhi che ci permettono di individuare la zona da modificare. CRISPR-Cas9 è forse la più famosa e utilizzata, ma esistono altre varianti che utilizzano differenti endonucleasi (proteine specifiche per il taglio del DNA), come Cas12, Cas13 e Cas14

Infine, per incollare nuove sequenze e quindi modificare il DNA, si sfrutta il sistema naturale di riparazione del DNA delle cellule, consegnando a loro la nuova sequenza da inserire.

Grazie a CRISPR-Cas9, in futuro potremmo curare malattie genetiche, come la fibrosi cistica, si potrebbe trovare una cura per la distrofia muscolare di Duchenne oppure migliorare la resa delle piante, renderle immuni ai parassiti o resistenti al gelo. Si potrebbe arrivare a creare patate con alto contenuto di proteine o addirittura estinguere le zanzare portatrici di malaria.

Ma esistono anche dei rischi: la facilità con cui CRISPR-Cas9 permette di modificare il DNA potrebbe facilitare il bioterrorismo, modificando e potenziando batteri e virus patogeni all’uomo. Inoltre, l’editing del genoma umano apre a rilevanti questioni etiche e morali, sulla sua sicurezza e sul suo potenziale utilizzo.