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Credit: Pedromics

CRISPR Cas9 e l’editing genetico su cellule embrionali umane

Negli ultimi giorni, numerose testate scientifiche – STAT, Scientific American di Nature e Le scienze – hanno annunciato la modifica perfettamente riuscita di cellule embrionali umane, grazie alla tecnologia CRISPR Cas9, il cosiddetto “taglia e incolla” del DNA. L’esperimento è stato condotto da Shoukhrat Mitalipov ed altri ricercatori della Oregon Health & Science University e del Salk Institute for Biological Studies a La Jolla1.

In realtà, non è la prima volta al mondo. Rispetto ai precedenti studi, la differenza consiste nel perfezionamento della tecnica messa a punto dal team americano, per evitare due principali conseguenze dannose: il mosaicismo e l’insorgenza di nuove mutazioni.

 

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Il Professore Shoukhrat Mitalipov, ritratto in una foto del New York Times

 

CRISPR Cas 9 ha una storia quasi trentennale.

Il sistema fu rilevato per la prima volta in Giappone da Ishino Y et all nel lontano 1987 e poi pubblicato su una rivista scientifica. Non compresero, però, bene le potenzialità della tecnica. Fu ripresa e studiata per l’editing genomico – separatamente – da due ricercatrici: l’americana Jennifer Doudna e la francese Emmanuelle Charpentier (ancora oggi si contendono il brevetto); ma gli anni della consacrazione sono solo recenti:

  • 2013, la tecnica rientrò fra “le 10 scoperte più importanti del 2013” secondo Science;
  • 2015, furono modificati embrioni umani per la prima volta
  • 2017, in Cina, è stato impiegato per modificare DNA di cellule normali.

Ad oggi, conta numerose applicazioni in diversi ambiti.

Il nome CRISPR Cas9 è composto da “CRISPR”, che sta per “Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats” e “Cas”, invece, per proteine “CRISPR-Associated Systems”3.

E’ un complesso RNA-enzima, appartenente al sistema immunitario4 dei microrganismi. Ha funzione di colpire ed eliminare gli elementi genetici estranei di virus o plasmidi, integrati nel genoma batterico ospite/infettato. Si può riscontrare sia nei batteri e sia negli Archaea4,5 .

L’entrata di  DNA estraneo attiva un meccanismo di difesa nel microrganismo che porta alla trascrizione e traduzione delle Cas nucleasi, enzimi in grado di attaccarlo e frammentarlo. Successivamente, i pezzi di DNA sono introdotti nel “CRISPR locus”, cioè una regione composta da una serie di sequenze e spazi vuoti, in cui viene inserito. In più, accanto al locus, troviamo la sequenza leader e i geni per Cas.

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I passaggi nell’immunità CRISPR mediata, da Wikimedia Commons

 

In verità, il sistema immunitario dei microrganismi ha sviluppato tre modi per combattere l’invasione e di conseguenza, esistono molte proteine Cas. Quella che a noi interessa è la Cas9, unica proteina richiesta nella tipologia II, ossia la strategia adottata dall’editing genetico.

In generale, tutti i sistemi hanno in comune la generazione dei filamenti di crRNA (cr = CRISPR – RNA), detta biogenesi.

Nel caso del II, sarà aiutata da un tracrRNA (un trans attivante crRNA)6 per maturare e formare all’ultimo la guida alla nostra Cas9 (sgRNA = strand guide RNA), che sarà trasportata all’interno. Una volta assemblato, il sistema riconoscerà e s’appaierà al DNA corrispondente all’ RNA guida, effettuando un taglio al sito. Il vuoto sarà poi colmato mediante i classici meccanismi naturali.

Tecnicamente parlando, si tratta di un metodo piuttosto semplice, ad un costo abbordabile. In questo caso, è stato impiegato per curare la cardiopatia ipertrofica2  e i risultati sono stati incredibili, senza l’insorgenza di ulteriori errori genetici. In futuro, potrà essere applicato per la cura di numerose malattie genetiche dipendenti da un solo gene (circa 10000). Per questo motivo, è necessario perfezionare sempre più il protocollo in modo che possa essere adoperato nella pratica clinica, come dichiarato dagli stessi scienziati.

Nonostante i benefici, apre un dibattito bioetico non di minor importanza: fino a che punto potrà spingersi l’ingegneria genetica?1,2

 

Non ci resta che aspettare i prossimi sviluppi!

 

Per chi fosse interessato e volesse approfondire l’argomento, consiglio vivamente:

 

Bibliografia

Bibliografia

  1. Sito da Scientific American di Nature: https://www.scientificamerican.com/article/first-human-embryos-edited-in-the-u-s-scientists-say1/?print=true;
  2. Sito da Le Scienze: http://www.lescienze.it/news/2017/08/02/news/crispr_corezione_mutazione_embrione_umano_sicurezza-3622180/;
  3. Poster “CRISPR–Cas: extraordinary editing” di Nature Review Microbiology & Origene;
  4. “CRISPR/Cas9 for genome editing: progress, implications and challenges” di Feng Zhang, Yan Wen and Xiong Guo, Human Molecular Genetics, 2014, Vol. 23, Review Issue 1, doi:10.1093/hmg/ddu125 Advance Access published on March 20, 2014;
  5. “CRISPR-Cas: biology, mechanisms and relevance” di Frank Hille and Emmanuelle Charpentier, downloaded from: rstb.royalsocietypublishing.org Phil. Trans. R. Soc. B 371: 20150496;
  6. “Genome engineering using the CRISPR-Cas9 system” di F Ann Ran, Patrick D Hsu, Jason Wright, Vineeta Agarwala, David A Scott & Feng Zhang, Nature America, 2013

Riguardo a Antonella Ferrara

Antonella Ferrara
Sono una ragazza siciliana, laureanda in biotecnologie biomediche, con una forte passione per il campo immunologico. Nel tempo libero, mi dedico al volontariato, all'arte, ai viaggi e ai rapporti umani, accompagnati magari ad un bicchiere di vino e al buon cibo.

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