Sistema CRISPR/Cas9

• Il sistema CRISPR/Cas9 è un approccio di ingegneria genetica: consente di apportare modifiche al DNA delle cellule. In particolare, permette di modificare, rimuovere o aggiungere una specifica sequenza di DNA.
• È stato sviluppato a partire dalla scoperta che il semplice sistema immunitario dei batteri distrugge i virus frammentandone in modo specifico e mirato il DNA.
• Si basa sull’azione congiunta di una molecola di RNA guida e della nucleasi Cas9.
• È già utilizzato nella ricerca di base. Di recente alcune sue applicazioni sono state approvate in alcuni Paesi per uso clinico, per correggere mutazioni genetiche all’origine della β-talassemia. una malattia ereditaria. È allo studio per correggere altre mutazioni genetiche responsabili di diverse malattie ereditarie e tumori.

Il sistema CRISPR/Cas9 (pronunciato “crisper-cas-nain”) è un approccio che consente di ingegnerizzare il genoma di una cellula. Grazie all’utilizzo di una sorta di “forbice molecolare” è possibile tagliare il DNA in corrispondenza di una sequenza a scelta per eliminare un frammento di DNA ed eventualmente sostituirlo con un altro. Il “taglia e cuci” che ne risulta è detto “gene editing” o “genome editing” (correzione del gene o del genoma). Rispetto ad altre tecniche che possono essere applicate a questo scopo, il sistema CRISPR/Cas9 è facile da utilizzare, rapido ed economico e ha perciò raccolto grande interesse da parte dei laboratori di ricerca.

La tecnica CRISPR/Cas9 è stata sviluppata in seguito alla scoperta di un meccanismo naturale con cui i batteri si difendono dai virus. Quando un batterio incontra del DNA estraneo, per esempio di un virus, integra un frammento di tale DNA nel proprio genoma, in corrispondenza di una regione detta locus CRISPR (Clustered Regularly-Interspaced Short Palindromic Repeats). Ciò permette al batterio di conservare memoria dell’incontro con virus patogeni. Il batterio reagisce a una nuova infezione trascrivendo un mRNA (CRISPR RNA, crRNA), che contiene queste sequenze, e un altro mRNA chiamato tracrRNA (trans-activating crRNA). Queste due molecole si legano al DNA virale in corrispondenza della sequenza bersaglio, consentendo l’ancoraggio di Cas9 (CRISPR-associated protein 9), un enzima con attività nucleasica, cioè in grado di tagliare gli acidi nucleici che compongono il materiale genetico e disattivare così il virus.

Due ricercatrici, Emmanuelle Charpentier e Jennifer Anne Doudna, sono riuscite a ricreare in provetta questo meccanismo biologico, trasformandolo in uno strumento molecolare. La scoperta del sistema CRISPR/Cas9 è valsa alle due scienziate il premio Nobel per la chimica del 2020.

Ma come funziona? Un ricercatore progetta e sintetizza una singola molecola di RNA, l’RNA guida, che combina le due molecole precedentemente menzionate, crRNA e tracrRNA, e contiene una sequenza complementare a quella del DNA da correggere. Quando l’RNA guida e Cas9 sono introdotti in una cellula, interagiscono con la sequenza “bersaglio” e la correggono, per esempio rimuovendo o aggiungendo materiale genetico.

Mentre le altre tecniche di gene editing disponibili usano proteine per colpire il DNA, il metodo CRISPR/Cas9 utilizza l’RNA, che è per certi aspetti più semplice da usare, più economico e facile da introdurre nelle cellule. Questo è un grande vantaggio. Inoltre, è possibile colpire più sequenze contemporaneamente e quindi effettuare più correzioni alla volta.

Le possibili applicazioni del sistema CRISPR/Cas9 sono molteplici. Può essere per esempio utilizzato per generare animali geneticamente modificati, come quelli con geni knock-out. Poi, consente di creare popolazioni di cellule ognuna delle quali ha un solo gene mutato: in questo modo, per esempio, si può studiare il comportamento delle cellule in risposta a un farmaco per stabilire connessioni tra uno o più geni e una certa risposta biologica. Inoltre, recentemente il sistema CRISPR/Cas9 è stato sperimentato per rilevare la presenza del coronavirus (che causa il COVID-19) nei tamponi naso-faringei.

L’applicazione più allettante è però utilizzare questa tecnica per correggere sequenze mutate responsabili di malattie genetiche e tumori. Molti gruppi di ricerca hanno avviato studi in questo senso, promettenti, ma anche delicati. Bisogna agire con cautela perché lo strumento non è ancora infallibile e potrebbe introdurre modifiche non desiderate e potenzialmente dannose (mutazioni “off-target”, ossia fuori bersaglio).