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Perché il 2014 sarà l’anno della chirurgia genetica

24 anni, biotecnologo e blogger con la passione per la fotografia. E’ laureato in Scienze e Tecnologie Biomolecolari e Cellular and Molecular Biotechnology all'Università di Trento. Lavora nel campo della vita artificiale. Insieme ad altri cinque colleghi nel 2012 ha creato un batterio per la pulizia del marmo dai residui dello smog. Ha fondato Open Wet Lab, la prima associazione di biohacker in Italia.

Immaginate un fiume in piena. Sta per straripare. Possiamo rinforzare gli argini, ma sarebbe una soluzione solo temporanea, a breve termine. Il problema, probabilmente, è a monte — scusate il gioco di parole. Bisognerebbe fermare lo scioglimento del ghiacciaio che lo alimenta. Ghiacciaio che, magari, ha avuto tempo per riempire le sue riserve.

Con i farmaci è un po’ la stessa cosa. Li assumiamo per “tamponare” la malattia. Ma se questa è codificata nel nostro patrimonio genetico, risulta più o meno come rinforzare gli argini del fiume — difficilmente riusciremo a farne a meno, con il ghiacciaio che ci rema contro.

Per molte di queste malattie genetiche oggi incurabili, purtroppo, neanche esiste un farmaco in grado di farlo. Ma di alcune conosciamo il difetto genetico alla loro base: perché non provare a correggerlo? Andremmo a confrontarci con il ghiacciaio, invece che con il fiume. Si tratterebbe del cosiddetto forever fix, la cura vera e propria della malattia genetica: una terapia personalizzata di nuova generazione.

Con la terapia genica, si cerca di fare proprio questo: prendiamo una copia corretta del gene “sbagliato” del paziente e la inseriamo in un virus modificato, che diventa semplicemente un autista del carico genetico. Il vettore virale —così viene chiamato il virus modificato— viene usato per infettare il paziente, che riceverà la copia corretta del gene d’interesse.

Se abbinato alle staminali, diventa uno strumento potentissimo: possiamo prelevare delle cellule del paziente —anche dalla pelle, per dire—, farle tornare ad uno stato staminale (con la possibilità di generare tutte le cellule del corpo) e, dopo averle infettate con il vettore virale che porta la copia corretta del gene, farle maturare nelle cellule più adatte alla malattia trattata. Saranno cellule che avranno il difetto genetico “mascherato”, possiamo quindi reimpiantarle nel paziente e fare svolgere loro il proprio lavoro.

Dal punto di vista teorico si tratta di un approccio rivoluzionario — frutto dei successi nei diversi campi della ricerca biomedica. Un approccio che però è ancora ai primissimi passi, e non senza problemi. La FDA (l’autorità statunitense che approva farmaci e terapie) non ha ancora approvato nessuna terapia basata sulla terapia genica per la clinica di routine —ma non credo manchi molto per arrivarci.

A fianco alla terapia genica da quest’anno abbiamo una nuovissima tecnica —ancora più potente, sembra— che promette di raggiungere lo stesso risultato: la correzione del difetto genetico.

Nella comunità scientifica non si parla d’altro, tanto è promettente. Quindi, nell’articolo oggi, niente polemiche: solo entusiasmo. Parliamo di CRISPR Genome Engineering.

1) COS’E’ IL CRISPR GENOME ENGINEERING?

Il nome di certo non è sexy. Sta per Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats. Decisamente più interessante è come siamo arrivati a conoscerla.

CRISPR è stata sviluppata in laboratorio, ma la sua origine è totalmente naturale.

Sembra quasi ironico, ma una delle metodiche molecolari più potenti che abbiamo tra le mani è utilizzata da sempre da alcuni degli organismi viventi più semplici: i batteri.

Quando si parla di sistema immunitario si pensa al nostro corpo che combatte contro i batteri e virus che ci infettano.

Ma anche i batteri devono difendersi dagli invasori: dei virus chiamati batteriofagi. E anche loro nel corso dell’evoluzione hanno sviluppato una sorta di “sistema” immunitario che permette loro di difendersi —l’abbiamo scoperto solo 8 anni fa.

crispr genome

2) COME FUNZIONA

Pensatelo come ad una sorta di risposta degli anticorpi, ma direttamente codificata nel loro DNA: quando incontrano un virus, ne spezzettano il DNA e lo inseriscono all’interno del proprio —in delle regioni chiamate proprio CRISPR (chiamiamole “sequenze guida”). E’ un po’ come se il patrimonio genetico dei batteri si arricchisse di informazioni sul “nemico” che potrebbero tornargli utili in caso di attacco. Quando noi veniamo esposti ad un agente patogeno (ciò che causa una malattia) che abbiamo già incontrato, siamo pronti a produrre gli anticorpi per difenderci. Quando un batterio viene esposto ad un virus già incontrato, è in grado di distruggerne il DNA, annientandolo. Questo grazie ad una proteina, chiamata Cas, che taglia tutto il DNA identico alle “sequenze guida”.

I ricercatori si sono incuriositi. Hanno provato a modificare il DNA contenuto nelle sequenze guida: magari è possibile fare acquisire al batterio una resistenza ad una sequenza di DNA che scegliamo noi. E ci sono riusciti. Il sistema funzionava allo stesso modo: la proteina Cas andava a tagliare i frammenti di DNA corrispondenti alla nuova sequenza guida.

Abbiamo quindi un sistema che va a tagliare il DNA in regioni estremamente specifiche, e queste regioni possiamo sceglierle noi.

Manca un tassello per completare il puzzle. Aggiungiamoci un meccanismo che ci permette di sostituire una sequenza di DNA con un’altra: si chiama ricombinazione omologa. Un esempio, prendiamo la fibrosi cistica. Il gene mutato (quello che non funziona) è chiamato CFTR. Posso inserire nella cellula il gene CFTR corretto (funzionale) e —tramite ricombinazione omologa— sostituirlo al gene mutato. Benissimo!

C’è però un problema: la ricombinazione omologa è un evento estremamente raro. Essendo originariamente un processo di riparazione, quando viene accoppiata con una rottura del DNA nel gene d’interesse (CFTR nel nostro caso), diventa molto più probabile —e quindi utilizzabile. Avete capito dove stiamo arrivando?

3) COME PUO’ AIUTARE LE TERAPIE

Ecco il quadro completo. Torniamo alla nostra cellula affetta da fibrosi cistica. Possiamo inserire una sequenza guida corrispondente al gene mutato (CFTR). Facendo esprimere la proteina Cas, questa andrà a tagliare la sequenza di CFTR mutato. Se aggiungiamo anche la sequenza di CFTR corretta all’equazione, tramite ricombinazione omologa, avremo la correzione del difetto genetico —direttamente nel genoma! Ma siamo solo alla teoria. Manca la prova che questo sistema possa funzionare nelle cellule eucariote, che sono diverse da quelle batteriche.

Nel 2012, George Church e colleghi pubblicano su Science dei risultati che non lasciano dubbi: CRISPR si può usare!

Abbiamo oggi una miriade di sequenze guida diverse, che ci permettono di bersagliare qualunque sequenza all’interno del genoma. Le prospettive sono quindi incredibilmente promettenti. Church, insieme a Feng Zhang, Robert Winthrop, Jennifer Doudna e Keith Joung, ha fondato Editas Medicine —una startup con l’obiettivo di far decollare la tecnologia CRISPR. Basata a Boston e fondata dalle star del genome editing, da qualche mese ha raccolto $43 milioni di dollari dai venture capitalist statunitensi.

4) I VANTAGGI DI CRISPR

I vantaggi di CRISPR sulle tecnologie disponibili sono evidenti. Rispetto alla terapia genica tradizionale, va più a fondo nel correggere il difetto genetico. Come dicevamo, con quest’ultima viene semplicemente aggiunta una copia funzionante del gene, lasciando intatto il gene mutato. Se il prodotto “alterato” del gene risulta innocuo, non ci sono problemi. Ma nel caso in cui questo sia pericoloso —come nel morbo di Huntington, per citarne uno— la terapia genetica tradizionale può far poco.

CRISPR invece agisce direttamente sulla mutazione: è una vera e propria chirurgia genetica, dopo cui non c’è più traccia del prodotto alterato. Significa anche che il nuovo gene sarà soggetto ai controlli fisiologici della cellula (essendo nella sua posizione naturale nel genoma), un altro problema risolto.

I biologi tra voi protesteranno: “ma non facevamo lo stesso con le Zinc Finger Nuclease (ZFN) e le TALEN?” (degli enzimi ingegnerizzati per tagliare sequenze specifiche nel genoma).

In effetti è così, ma basandosi su DNA ed RNA (invece che su proteine) CRISPR risulta molto più economica e semplice da mettere in piedi.


5) I PROBLEMI DEL NUOVO METODO

Ovviamente, come tutte le metodiche appena ideate, non mancano le problematiche. CRISPR può tagliare anche sequenze leggermente diverse da quelle d’interesse —sarà necessario migliorarne la precisione. Non vogliamo che vada a rompere il nostro DNA senza controllo.

Non è ancora stato individuato il metodo ideale per introdurre il sistema in un individuo: si parla di staminali e vettori virali, si vedrà.

Senza ombra di dubbio CRISPR è una delle novità dell’anno. Non credo di esagerare parlando di Nobel o Breakthrough Prize nel futuro. Prima di arrivare alla clinica, però, ci vorranno anni. Non aspettiamoci di trovarlo tra qualche mese negli ospedali. Se e quando prenderà piedi, ne vedremo delle belle.

Alla prossima.

2 risposte a “Perché il 2014 sarà l’anno della chirurgia genetica”

  1. Emilio Saad scrive:

    Vorrei sapere una cosa: ci sarà mai una terapia genica per le cicatrici?

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