Ben ritrovati, siamo di nuovo qui a raccontarvi di questa misteriosa ed intrigante scoperta, emersa dalle paludi salate spagnole, che si è guadagnata, in pochi anni, i titoli del New York Times. Ci eravamo lasciati con un passo importante: CRISPR sembra sia una sorta di vaccino per il battere, un sistema che ne conferisce l’immunità nei confronti delle infezioni virali. Questa immunità è acquisita con l’incorporazione del DNA del virus infettivo all’interno del genoma (il DNA) del battere, nelle cosiddette sequenze-spazio, in CRISPR.

Ma…come funziona? Dobbiamo spostarci a Wageningen, una piccola cittadina ad un’ora di treno da Amsterdam, sede di un centro di ricerca in ambito agrario tra i più importanti al mondo. Corre l’anno 2008, John Van der Oost è un ricercatore a tempo indeterminato che lavora ormai da una dozzina d’anni a Wageningen. I suoi studi si concentrano soprattutto sui batteri estremofili, cioè quelli in grado di vivere a temperature o condizioni saline estreme. Da qualche anno però è interessato al sistema CRISPR, ancora poco conosciuto ma sempre più interessante, e riesce così a veicolare un po’ dei suoi fondi per la caratterizzazione del suddetto. Egli scopre che le sequenze CRISPR hanno bisogno di alcuni enzimi specifici per poter agire, che chiameremo “Cas”. Questi enzimi fanno parte della classe delle “nucleasi”, parolone difficile per dire che sono in grado di tagliare il DNA.

Attenzione, stiamo giungendo ad una conclusione importante: CRISPR è un insieme di sequenze di DNA virale incastonato nel genoma batterico, e gli enzimi Cas sono in grado di tagliare il DNA. La domanda sorge spontanea: e se fossero proprio gli enzimi Cas che, guidati dalle sequenze-spazio di CRISPR, individuano il DNA del virus appena entrato nella cellula e lo tagliano, bloccando così l’infezione?

Van der Oost trova però solamente un'evidenza indiretta di questo meccanismo, ed è costretto a proporlo come "un'ipotesi" all'interno della della sua pubblicazione sul prestigioso giornale “Science”. Ripercorrendo la storia di questa scoperta ho trovato entusiasmante come ogni ritrovamento fosse sempre modulato dalla temperanza che pervade il mondo della ricerca scientifica, e che spesso non viene percepito dal pubblico, ma che ne è forse la virtù segreta più preziosa.

Poco tempo dopo un ricercatore italo-americano, Luciano Marraffini, riesce a dimostrare in maniera diretta il meccanismo di CRISPR ed è forse il primo a scoperchiare, con poche frasi a margine del suo articolo, il vaso di Pandora: “l’abilità di indirizzare il taglio specifico di una qualsiasi sequenza di DNA potrebbe riservare delle importanti funzionalità, se fosse utilizzabile al di fuori del suo contesto nativo”.

Un aneddoto che non vi abbiamo ancora svelato è che lo sviluppo della tecnologia CRISPR è una storia soprattutto al femminile. Sono state due donne le principali responsabili dello studio e della caratterizzazione del sistema affinché fosse utilizzabile in maniera razionale ed efficiente, in molti campi della biologia molecolare e della biomedicina. E’ arrivato il momento di chiamare in causa una delle due, Emmanuelle Charpentier.

Charpentier ha ottenuto il dottorato di ricerca in microbiologia presso l’Istituto Pasteur di Parigi, e si è sempre interessata all’RNA dei batteri. L’RNA è la copia speculare del DNA, una sorta di molecola traduttrice che viene letta dal ribosoma, affinchè quest’ultimo possa assemblare correttamente le proteine. Il suo laboratorio (presso l’Università di Umea, nel nord della Svezia) scopre che vi è un RNA specifico, contenuto in altissima concentrazione nel batterio durante l’infezione, in grado di accoppiare la sequenza-spazio con l’enzima Cas, affinché quest’ultimo venga guidato dalla sequenza-spazio medesima sul sito di taglio specifico. Questo RNA lo chiameremo “RNA guida”.

Ricapitoliamo, i tre fattori fondamentali per il sistema CRISPR sono: la sequenza-spazio, cioè l’indirizzo nel DNA dove deve avvenire il taglio, l’RNA guida, cioè la molecola che permette il riconoscimento tra la sequenza-spazio e l’enzima Cas, e appunto Cas, che effettuerà direttamente il taglio sul DNA bersaglio. L’RNA guida è la copia della sequenza-spazio, che guiderà CAS sul sito di taglio.

Nel 2011 Emmanuelle Charpentier incontra, sulle coste soleggiate di Puerto Rico, l’altra protagonista di questa storia: Jennifer Doudna. Jennifer è un’affermata ricercatrice che si occupa della struttura e funzione degli RNA in alcune specie batteriche, ed è stata ricercatrice nei laboratori di due premi Nobel, prima ad Harvard e poi a Boulder, Colorado, per poi stabilirsi definitivamente a Berkeley, California. Le due decidono di unire le proprie forze per caratterizzare e osservare la funzione del sistema CRISPR in provetta, cioè al di fuori di un organismo vivente. Assieme ai loro collaboratori, dimostrarono non soltanto la funzionalità ed efficienza del sistema, ma anche la possibilità di modificare l’RNA guida per poter così indirizzare il sito di taglio su qualsivoglia sequenza di DNA. La loro pubblicazione, apparsa su Science il 28 Giugno 2012, diventerà il lavoro più citato ed importante, segnando il preludio della tempesta che sconvolgerà il mondo scientifico (e non solo) negli anni a venire.

Anche un biochimico lituano, Virginijus Siksnys, dimostrerà la funzionalità delle singole componenti del sistema, ma poiché il suo articolo scientifico sarà pubblicato due mesi dopo, non riscuoterà lo stesso successo: la strada era già stata segnata. Dopo quella travolgente pubblicazione, migliaia di laboratori in tutto il mondo esploreranno l’utilità e l’efficienza di CRISPR, e le sue più svariate applicazioni, dall’ambito biomedico a quello agrario. La potenza, semplicità di utilizzo ed i suoi costi contenuti saranno determinanti per la sua diffusione, ed inizieranno a sollevare non poche preoccupazioni, costringendo l’opinione pubblica e le istituzioni a comprendere questa rivoluzionaria scoperta, e le sue ripercussioni sociali ed etiche.

Quando si parla di CRISPR, si citano spesso le parole “chirurgia genomica”. Questa tecnologia è infatti rivoluzionaria perché permette una precisione ed un’efficienza di taglio della sequenza di DNA impareggiabile.  L’ingegneria genetica in precedenza si serviva di complessi e disordinati meccanismi molecolari, che spesso si dimostravano inaffidabili, oltre ad essere estremamente costosi.

[[{"type":"media","view_mode":"media_original","fid":"1398676","attributes":{"alt":"","class":"media-image","height":"1447","width":"2048"}}]]

La tecnologia CRISPR da effettuare in lievito o batteri, costa soltanto 200 dollari. Chiaramente servono poi strutture e strumenti adeguati per poter realizzare gli esperimenti, ma questa cifra rende l’idea della sua semplicità. Anche la sua precisione è straordinaria, con CRISPR infatti si possono modificare singole lettere dell’alfabeto che compone il DNA, cioè le basi azotate. Questa accuratezza spalanca le porte della ricerca in terapia genica, cioè dello sviluppo di terapie con agenti biologici in grado di modificare direttamente il DNA delle cellule di pazienti portatori di malattie genetiche, come alcune malattie neurodegenerative, cardiovascolari o addiritura bloccare l’infezione del virus dell’AIDS. Potrebbe però potenzialmente essere utilizzata anche per modificare il genoma delle cellule della linea germinale, cioè spermatozoi e ovuli, così da rendere ereditaria la sua modifica, che verrà inevitabilmente trasmessa al nascituro. Sorgono così spontanei numerosi dubbi sulla possibilità di poter “ingegnerizzare il bambino perfetto”.

[[{"type":"media","view_mode":"media_original","fid":"1398681","attributes":{"alt":"","class":"media-image","height":"1447","width":"2048"}}]]

Anche per questa volta, lo spazio a nostra disposizione è terminato. Nelle prossime puntate cercheremo di raccontarvi più nel dettaglio qualche applicazione di questa tecnologia, e proveremo a portare alla vostra attenzione alcuni dubbi etici a riguardo.

CRISPR è, senza ombra di dubbio, la scoperta biologica più rivionaria del nuovo millennio, ed il suo impatto sulla società è ancora tutto da misurare. Il mondo scientifico solo recentemente sta scoprendo le sue potenzialità, e negli anni a venire ci sarà ancora molto di cui parlare.

Noi siamo felici di potervi raccontare, con chiarezza e semplicità, l’evolversi di questa storia, sperando di suscitare l’interesse di voi lettori verso la ricerca scientifica, il cui risultato spesso coinvolge la società più di quanto si possa immaginare.

Alla prossima!

Giovanni Palla

FONTI:

cell.com

Lescienze.com