Premio Nobel per la Chimica 2020 a CRISPR/Cas9

Lo sviluppo di CRISPR/Cas9, metodo di editing genetico di ultima generazione, è valso a Emmanuelle Charpentier e Jennifer Doudna il Premio Nobel per la Chimica più rapido degli ultimi anni. La loro scoperta, soprannominata “forbice molecolare”, consente di modificare il DNA con altissima precisione, trovando applicazione in ambito biomedico, agricolo e industriale^[1].

La scoperta della tecnologia CRISPR/Cas9

La fortuna favorisce la mente preparata.

Louis Pasteur

Nel 2011 la microbiologa Emmanuelle Marie Charpentier, specializzata in batteri patogeni, stava studiando Streptococcus pyogenes^[2].

Questo batterio infetta ogni anno milioni di persone causando infezioni di diverso tipo, dalle più facilmente curabili come la faringite o la scarlattina, a quelle più pericolose come la fascite necrotizzante e la sindrome da shock tossico (TSS)^[3], talvolta letali. L’obiettivo della ricercatrice era indagare meglio sulla natura del batterio per poter sviluppare una cura contro di esso ma si imbatté in una molecola, tracrRNA, che avrebbe portato a tutt’altra applicazione^[3].

TracrRNA, che significa trans-activating crispr RNA, è un elemento del “sistema immunitario dei batteri“. Questo, chiamato CRISPR (che sta per “Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats“), è un insieme di sequenze genetiche che si trovano nel DNA di diversi batteri e Archaea, molto simili al codice genetico di alcuni virus. Funziona un po’ come la nostra immunità acquisita, la capacità del nostro organismo di memorizzare alcune caratteristiche dei patogeni (gli antigeni) in modo da produrre i giusti anticorpi quando li incontriamo nuovamente. Nei microrganismi, al posto degli anticorpi, vengono prodotte delle proteine che “rompono” il DNA dei virus, rendendoli così innocui^[3].

Dopo aver pubblicato, nel marzo 2011, un articolo sulla sua scoperta, la microbiologa francese incontrò Jennifer Anne Doudna, biochimica esperta di RNA. Lavorando insieme, nell’arco di un anno le due scienziate scoprirono il meccanismo di funzionamento del sistema CRISPR e successivamente riuscirono anche a sintetizzarlo. In tal modo resero possibile modificarlo, così che potesse tagliare un punto specifico del DNA. Una biotecnologia utilizzabile con il DNA di qualsiasi essere vivente e che nel giro di meno di 10 anni^[3] ha reso possibili moltissime applicazioni pratiche.

Leggi anche: CRISPR Cas9 e l’editing genetico su cellule embrionali umane

Alcune applicazioni della tecnologia CRISPR/Cas9

Poter modificare il DNA significa poter sostituire geni malfunzionanti o inserire nuovi geni all’interno del genoma di un microrganismo, di una pianta, di un fungo o di un animale. Questo consente ad esempio di curare o studiare malattie, di conferire nuove proprietà ad alimenti e altri prodotti. Nel farlo, la biotecnologia CRISPR/Cas9 è particolarmente efficace perché è più precisa e “pulita” delle precedenti. Negli organismi così geneticamente modificati, infatti, non resta traccia dell’uso della CRISPR/Cas9: risulta una mutazione del tutto simile a una spontanea, di quelle che avvengono normalmente in natura.

La tecnologia CRISPR-Cas9 presenta anche altre due qualità: è particolarmente economica e semplice da applicare. Ciò spiega come si diventata rapidamente una delle tecnologie più usate in ambito di editing genetico^{[1, 3]}.

Grazie alla CRISPR/Cas9 è stato possibile creare piante capaci di resistere alla siccità, alle muffe e ai parassiti. Con questa metodica gli scienziati hanno realizzato un riso che assorbe meno metalli pesanti dal terreno rispetto alle varietà tradizionali. In campo medico si sta cercando di applicarla per creare delle cure per alcuni tipi di cancro, per patologie ereditarie come l’anemia falciforme e per danni presenti in tessuti specifici come nella distrofia muscolare di Duchenne. Si stima che potrebbe curare circa 10mila patologie genetiche^{[1, 3]}.

Un Nobel assegnato in tempi brevi

Generalmente l’Accademia Svedese delle Scienze assegna i Nobel a una distanza di circa 20-30 anni dalle scoperte effettuate, anche se Alfred Nobel desiderava che fossero conferiti entro un anno dai risultati ottenuti. Questo perché il prestigioso premio non può essere revocato, dunque è molto importante che la comunità scientifica abbia il tempo di verificare le teorie, le scoperte e la funzionalità delle invenzioni^{[4, 5]}. Si guardino ad esempio i Nobel per la Chimica assegnati negli anni scorsi:

• nel 2019 a vincerlo è stata la batteria al litio, il cui primo prototipo risale al 1985;
• nel 2018 il premio è stato diviso a metà. Una delle tecniche vincitrici è stata quella del phage display, dove si sfrutta un batterio per la produzione di proteine, risalente al 1985. L’altra tecnologia premiata è stata quella dell’evoluzione diretta degli enzimi, un processo che porta al miglioramento delle proteine, datata 1993.
• Nel 2017 è stata premiata la crio-microscopia elettronica, tecnica che consente di ricostruire molecole con risoluzione atomica, risalente addirittura agli anni Settanta e presentata negli anni Novanta^[6].

La scoperta della CRISPR/Cas9 è stata pubblicata nel 2012: soltanto dopo 8 anni, quindi, ha ricevuto il più importante e famoso riconoscimento scientifico a livello mondiale. Come mai? Il suo campo di applicazione si è dimostrato enorme ed è diventata una biotecnologia standard in alcuni campi. Come scrive la Commissione Nobel dell’Accademia delle Scienze svedese, «Emmanuelle Charpentier e Jennifer Doudna hanno sviluppato uno strumento chimico che ha portato le scienze della vita in una nuova epoca». La descrivono come una scoperta dall’enorme potenziale, che sicuramente «contribuirà a risolvere molte delle sfide che si presentano all’umanità»^[3].

Leggi anche: CRISPR/Cas si “evolve”: nasce evoCas9

Referenze

1. The Nobel Prize in Chemistry 2020. NobelPrize.org. Nobel Media AB 2020. Wed. 7 Oct 2020.
2. Patterson MJ. Streptococcus. In: Baron S, editor. Medical Microbiology. 4th edition. Galveston (TX): University of Texas Medical Branch at Galveston; 1996. Chapter 13.
3. Popular information. NobelPrize.org. Nobel Media AB 2020. Wed. 7 Oct 2020.
4. Vincenzo Barone. La Tempistica dei Nobel. Il Sole 24 ore.
5. Frequently Asked Questions. NobelPrize.org. Nobel Media AB 2020. Wed. 7 Oct 2020.
6. The Nobel Prize in Chemistry. NobelPrize.org.