Crispr/Cas9: la rivoluzione nell’editing genomico

Aspetti generali di Crispr/Cas9

La ricerca permette all’uomo di apprendere la complessità delle forme di vita e di come, mediante il ragionamento, si possano aprire una miriade di nuove strade da percorrere.

Bisogna però, in primo luogo, iniziare dal conoscerle.

L’oggetto di tale articolo sarà il Crispr/Cas9, una forma di immunità adattativa nei batteri – oggi personalizzabile – la quale permette loro di memorizzare ogni virus che li infetta, fornendogli protezione nel caso di una “nuova visita”. Uno strumento di manipolazione genomico oggi usato è Crispr/Cas9, persino nelle cellule di mammifero, che permette l’introduzione di un nuovo gene o l’inattivazione di uno già esistente.

Date le premesse, ci si può solo immaginare il beneficio che recherebbe nel caso di geni o mutazioni dannose, arrivando addirittura a scacciare parassiti e malattie infettive, combattere il cancro, creare “super piante” e animali OGM.

Come i procarioti utilizzano Crispr/cas9.

Quando un virus infetta i batteri, per prima cosa inietta il suo DNA nella cellula, istruendola su come creare copie del virus stesso. La cellula segue le istruzioni, produce centinaia di nuovi virus e alla fine si rompe, consentendo ai nuovi virus di uscire. Tuttavia, se per qualsiasi motivo un batterio riuscisse a sopravvivere all’infezione, prenderebbe un frammento del DNA virale e lo unirebbe al proprio cromosoma, creando una memoria dell’incontro con il virus.

Una volta che il batterio acquisisce la sequenza del DNA virale, la inserisce nel locus CRISPR, intervallata da sequenze di ripetizioni CRISPR su entrambi i lati.

Quando lo stesso tipo di virus lo infetterà nuovamente, tramite complementarità di basi esso verrà riconosciuto e la sequenza a lui corrispondente (presente nel DNA batterico) verrà trascritta in RNA (crisprRNA). Quest’ultimo, legandosi all’enzima nucleasi Cas9, ne “taglierà” il DNA, eliminandolo. Le “istruzioni” per il taglio saranno fornite dalla molecola di crisprRNA che si lega all’enzima Cas9 (Figura1).

Meccanismo di protezione Crispr/Cas9 nei batteri come forma di immunità adattiva.
Figura 1 – Meccanismo di protezione Crispr/Cas9 nei batteri [Fonte:biorender-templates]

Il CrisprRNA viene caricato nell’enzima Cas9 ed ancorato ad un altro pezzo di RNA, chiamato tracrRNA, che svolge il ruolo di sito di collegamento.

In questo modo, il batterio crea una sorta di “database” di virus conosciuti. Tale elenco viene quindi trasmesso geneticamente a tutte le cellule discendenti di modo che, le generazioni successive, siano in grado di riconoscere i virus ancora prima di essere attaccate.

Ragionando in questi termini, le ricercatrici Emmanuelle Charpentier e Jennifer A. Doudna hanno rappresentato il punto di svolta per questa ricerca, ottenendo il premio Nobel per la chimica nel 2020.

Esse, dopo aver analizzato il meccanismo con cui Crispr/Cas9 opera nei batteri, hanno modificato il complesso CrisprRNA / tracrRNA fondendo i due RNA, producendo quello che, per loro definizione, è stato chiamato “RNA guida”. Questo tipo di RNA ha lo scopo di programmare con successo l’enzima Cas9 nelle cellule eucariotiche e fargli tagliare un gene che sintetizza una proteina specifica. Così facendo, sarà possibile regolarne l’espressione e, conseguentemente, la funzione che ne deriverà.

Curiosità

  • È stata già sperimentata la sostituzione di un gene malfunzionante in cellule eucariotiche?

Si, con il gene CFTR responsabile della fibrosi cistica.

  •   Potrebbe essere utilizzato per eliminare mutazioni prima ancora che un organismo si formi, quindi, modificando direttamente embrioni umani?

 Si, potrebbe essere utilizzato, ma solleverebbe questioni etiche.

  • Permetterebbe di disattivare anche geni di fondamentale importanza?

Si, ad esempio quelli per la crescita degli organi. Lo scienziato Jun Wu ha introdotto in un maiale cellule staminali umane, dopo aver disattivato i suoi geni per la crescita degli organi: ha funzionato.

  • Esistono alimenti modificati con il sistema Crispr/Cas9? 

Si, i funghi champignon bianchi.

Bibliografia

Crediti immagini

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