24 Ott A Lezione Dai Batteri
L’innovativo editing genetico Crispr-Cas9 é l’evoluzione del loro antico sistema di difesa contro gli attacchi virali. Una cronistoria.
Come spesso é accaduto nella ricerca scientifica, la differenza che ha condotto a questa scoperta, é stata la capacità di osservazione di alcuni ricercatori. Hanno saputo ‘vedere’ e interpretare alcuni fenomeni apparentemente marginali che si sono verificati in una popolazione di batteri del genere Streptococcus thermophilus attaccati da virus, durante un esperimento di routine come tanti che vengono realizzati nei laboratori di biologia. Il 99,9% dei batteri sono stati sterminati, ma i pochi che erano sopravvissuti tutti stranamente presentavano una ripetizione di sequenze genetiche simili, Crispr in acronimo. In via di prima ipotesi la loro sopravvivenza é stata addebitata proprio alla presenza di queste sequenze che sono state interpretate come una inedita forma di difesa utilizzata dai pochi batteri sopravvissuti, un ingegnoso quanto efficace sistema immunitario ancestrale.
Una intuizione che presto si é rivelata vincente ed ha portato lontano, molto lontano. Perché é stato l’inizio del percorso che ha condotto alla messa a punto dell’editing genetico di nuova generazione Crispr-Cas9 e al premio Nobel per la chimica 2020 assegnato a Jennifer Doudna e a Emmanuelle Charpentier, le due ricercatrici che più di altri hanno saputo svelare il suo meccanismo di funzionamento, che é stato pubblicato in un articolo su Science del giugno 2012. In quel laboratorio era accaduto un fenomeno sorprendente. Le Crispr rilevate dai ricercatori nel genoma dei batteri sopravvissuti, non erano che le copie di alcune sequenze del Dna dei virus invasori ricavate da precedenti attacchi e archiviate dai batteri stessi per un futuro utilizzo difensivo.
Ci voleva una conferma sperimentale. Sono state utilizzate queste copie genetiche come modello di riferimento per la difesa, le Crispr e con l’aiuto di piccoli frammenti di Rna specializzati e dell’enzima Cas9, le sequenze di Dna di quei virus invasori sono state tagliate con delle forbici molecolari, degradate e rese innocue, annullando così il loro potenziale offensivo. Una difesa attuata copiando, incollando e tagliando sequenze genetiche. Semplice e terribilmente efficace. “A nostra insaputa da milioni di anni i batteri avevano messo a punto un meccanismo infernale, un’arma praticamente perfetta, un missile per la caccia ai virus, capace di colpirli rapidamente e con straordinaria precisione” commenta Doudna del Department of Molecular & Cell Biology, University of Berkeley, California.
Una sua casuale partecipazione ad un convegno scientifico della Società Americana di Microbiologia a Porto Rico nel 2011 é stata l’occasione per conoscere Emmanuelle Charpentier una biologa francese anche lei molto attiva su queste tematiche. Da quel momento é iniziata la loro collaborazione e la fase finale della messa a punto di Crispr-Cas9 ha subito una decisa accelerazione. Il passaggio cruciale era la capacità di riprodurre in modo affidabile quel particolare meccanismo di difesa dei batteri. Successivamente c’era la necessità di capire se poteva essere trasformato in intervento standard di editing genetico utilizzabile sulle cellule degli organismi viventi, comprese quelle umane. A quel punto tutto é successo molto rapidamente. Il pacchetto di strumenti dei batteri che utilizzavano la modalità Crispr e l’enzima Cas9 contro i virus, é stato ripetutamente riprodotto e standardizzato nei laboratori delle due ricercatrici dove é stato trasformato in uno strumento preciso ed affidabile.
Ma c’era ancora un passaggio cruciale che andava superato. “Dovevamo replicare il modus operandi dei batteri su sequenze genetiche scelte arbitrariamente da noi stesse se volevamo operare una svolta decisiva sull’uso di quegli strumenti genetici così sofisticati” commenta Doudna riferendo dei suoi quotidiani scambi di idee con Charpentier. Era il passo in avanti che bisognava affrontare. Con comprensibile emozione l’esperimento é stato realizzato. Tutto é avvenuto secondo le previsioni: il DNA scelto come target é stato tagliato esattamente dove era stato previsto.
“Ce l’avevamo fatta. In breve tempo avevamo scoperto e convalidato una nuova tecnologia di sicuro affidamento” ricorda Doudna “Sarebbe stata in grado di editare qualsiasi genoma, non solo quelli che appartenevano ai virus batterici, perché aveva un valore generale. Eravamo stati capaci di copiare il meccanismo che i batteri usano da migliaia di anni e avevamo ricavato le procedure per intervenire sul codice della vita.” I batteri erano stati i modelli, ma l’editing genetico messo a punto dalle ricercatrici era andato molto oltre. Poteva essere usato come semplice forbice genetica per correggere piccole anomalie del genoma ma era anche in grado di sostituire sequenze genetiche con altre prodotte in vitro. Un grande passo in avanti.
L’articolo su Science scritto a più mani, é stato la prima tappa di un processo che avrà importanti sviluppi. Già nei mesi successivi alla sua pubblicazione molti laboratori erano al lavoro per testare questa nuova tecnologia. Le sue applicazioni sono praticamente tutte da scoprire, ma porteranno profondi cambiamenti nella ricerca. Può essere utilizzata per le malattie genetiche rare in medicina, in agricoltura per produrre nuovi cultivar e molto altro ancora. Tutti contesti molto ‘sensibili’ dal punto di vista etico e concettuale, in particolare quelli riguardanti gli interventi di editing sul genoma umano. In campo medico, comitati etici sovranazionali hanno già prodotto linee guida di indirizzo normativo per i ricercatori. In agricoltura nuovi cultivar hanno visto la luce in molti laboratori di genetica sparsi in vari paesi e alcuni sono già pronti per essere immessi sul mercato.
Negli Stati Uniti nel 2023 verrà commercializzata come insalata per il consumo domestico, una varietà di Brassica juncea nata da una ibridazione spontanea di altre due varietà di Brassicacee, la nigra e la rapa. L’intervento realizzato con Crispr é servito a eliminare un composto dal sapore pungente di senape che viene utilizzato dalla pianta per difendersi dagli insetti. Un semplice taglio con le forbici molecolari di una particolare zona del suo genoma, ha eliminato il problema. Il nuovo cultivar ha ottenuto la necessaria certificazione dall’USDA. In Europa non sarebbe stato possibile perché Crispr é stato assimilato agli OGM che richiedono lunghe e costose pratiche di autorizzazione. E’ in atto una procedura di revisione del protocollo di questo editing innovativo che dovrebbe semplificare tutto il ciclo sperimentazione e di utilizzo sul campo anche nei paesi europei.
