Struttura del DNA e basi azotateCon la nuova tecnica sembra possibile correggere in modo mirato le 'piccole' mutazioni puntiformi del DNA, che danno origine a malattie come anemia falciforme ed emocromatosi

Siamo abituati a continui aggiornamenti dei software degli smartphone e, ogni volta, riesce difficile ipotizzare qualcosa di ancor più funzionale di ciò che abbiamo già installato. Eppure, tutte le volte ci sorprendiamo dei miglioramenti, tanto che ad oggi, per molti di noi, lo smartphone è uno strumento di lavoro indispensabile. Pensare che lo stesso processo possa riguardare una rivoluzionaria tecnica di genetica molecolare quale CRISPR-Cas9 è arduo, ma trasmette concretamente l’idea di come la ricerca non perda tempo e di come la sua evoluzione veleggi sospinta da idee sempre nuove e funzionali.

In tal senso, anche per le 'forbici molecolari' di CRISPR-Cas9 è giunto il momento di compiere un balzo in avanti che ha il sapore di una rivoluzione, più che di un semplice miglioramento. In un articolo dal titolo quanto mai azzeccato – “CRISPR 2.0” – apparso sulla rivista MIT Technology review, Emily Mullin descrive l’evoluzione di questa tecnica citando due studi da poco pubblicati su alcune delle più autorevoli riviste del settore, rispettivamente Nature e Science, nei quali viene descritto un nuovo metodo in grado di modificare il DNA o l’RNA. Nota al grande pubblico con l’epiteto di 'bisturi molecolare', la CRISPR-Cas9 è una tecnica che consente il taglio di brevi sequenze di DNA dove si ritiene siano contenute ben precise mutazioni in grado di scatenare malattie genetiche gravi, al fine di correggere l’errore alla fonte. In questo modo, è possibile intervenire su interi geni, nell’ambito di quel processo di 'genome editing' che rappresenta il futuro nella gestione di patologie ereditarie che non hanno ancora trovato una cura.

Naturalmente, la cosa è molto più semplice a dirsi che a farsi, ed è precisamente per questo che il perfezionamento della tecnica CRISPR suscita ancor maggiore attenzione. Il procedimento descritto dai ricercatori dell’MIT nei due articoli sopracitati riguarda le basi azotate che compongono il DNA, ossia Adenina (A), Guanina (G), Citosina (C) e Timina (T), che sono i 'mattoni' della vita e il cui appaiamento per formare la doppia elica di DNA è la struttura stessa dell’esistenza. Sfruttando un potenziamento della metodica CRISPR-Cas9, i ricercatori hanno portato il processo di modifica dal livello di gene a quello di base azotata. Più concretamente, le forbici sono divenute più sottili e precise: l’editing delle basi azotate, che sfrutta una versione modificata di CRISPR-Cas9, è in grado di modificare una singola base alla volta, senza interrompere la struttura del DNA. Si tratta di un passo avanti incredibile, perché l’origine di molte malattie risale ad anomalie note come mutazioni puntiformi, che coinvolgono un solo paio di basi lungo un intero filamento di DNA. Secondo i dati riportati dalla Mullin, più di tre quinti delle aberrazioni del genoma umano riconducibili a malattie sono dovuti a questo tipo di mutazioni, che sono alla base di patologie come l’anemia falciforme e l'emocromatosi. Tale semplice dato è di per sé sufficiente a conferire un valore unico a questa nuova applicazione della tecnica CRISPR-Cas9.

"I metodi standard di modifica del genoma, compreso l’uso di CRISPR-Cas9, creano interruzioni nel doppio filamento del DNA, cosa particolarmente utile quando l'obiettivo è quello di inserire o eliminare sequenze di basi dal DNA", ha dichiarato David Liu, professore di chimica ad Harvard e autore dello studio pubblicato su Nature. "Invece, quando l'obiettivo è quello di correggere una singola mutazione puntiforme, l'editing della singola base offre una soluzione più efficiente e più pulita". Liu e il suo team hanno sfruttato la tecnica CRISPR per cambiare una singola Adenina in una Guanina sulla sequenza di DNA, favorendo la riorganizzazione a livello atomico su un filamento e manipolando quello complementare per fissare il cambiamento. Con una simile piccola modifica sarebbe possibile 'riparare' circa la metà delle mutazioni puntiformi legate all’insorgenza di malattie specifiche. In studi precedenti è stato possibile eseguire la manovra inversa, trasformando una Guanina in un’Adenina.

Anemia falciforme ed emocromatosi sono solo due esempi di malattia su cui i ricercatori hanno lavorato con successo, senza tra l’altro rilevare i cosiddetti effetti 'off-target', vale a dire le indesiderate inserzioni o delezioni di frammenti di DNA in siti aspecifici, che possono causare l’insorgenza di ulteriori problematiche. A confermare la bontà del percorso intrapreso e le molteplici potenzialità delle tecniche di manipolazione genetica è la ricerca pubblicata su Science, in cui il dott. Feng Zhang, del dipartimento del Brain and Cognitive Sciences and Biological Engineering presso l’MIT, ha dimostrato come un'evoluzione della metodica CRISPR possa essere estesa anche alla modifica dell'RNA.

Quando si parla di malattie di origine genetica si fa riferimento a condizioni che sono caratterizzate da sintomi clinici macroscopici, e spesso devastanti, che ne sovrastano l’origine microscopica: mai come in questo campo appare valido il concetto del battito d’ali di una farfalla in grado di provocare un uragano. La complessità di queste patologie rende difficile, per chi non si occupi di genetica, comprendere appieno quali differenti problematiche debbano affrontare i ricercatori nel tentativo di elaborare metodi di correzione del DNA sempre più efficienti e adatti a determinate tipologie di mutazione genetica. A tal proposito, torna quindi utile l’esempio di Ross Wilson, dell'Innovative Genomics Institute dell'Università della California, che afferma che l’editing di una singola base si può confrontare con uno strumento di correzione che all’interno di un paragrafo di testo sia in grado di cambiare una sola parola errata. Con la tecnologia CRISPR-Cas9 convenzionale, per correggere quella parola sarebbe necessario sostituire l'intero paragrafo. Un aggiornamento di notevole efficacia, che potrebbe risolvere alla radice la causa scatenante di condizioni come la sordità e la cecità ereditarie, o di una sconfinata lista di malattie ematologiche e neurologiche che lasciano, ad oggi, ben poche speranze ai pazienti.

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