Il sistema Crispr/cas
Il sistema crispr/cas è stato scoperto a livello batterico e costituisce quello che si può definire il ‘’sistema immunitario’’ del batterio. I batteri possono essere infettati da una classe di virus, definiti batteriofagi. Questi virus infettano il batterio introducendo il proprio genoma virale all’interno della cellula batterica. Il batterio prima di debellare il virus introduce una copia di una porzione del genoma virale nel proprio genoma batterico, tale regione è detta locus crispr.
A seguito di re-infezione da parte del virus, tale regione sarà trascritta e associata a proteine cas con formazione del sistema crispr/cas che andrà a riconoscere per omologia di sequenza il genoma virale e le proteine cas effettueranno un taglio a livello del genoma inattivandolo.
Editing genomico
Questo sistema batterico è stato studiato per poter essere utilizzato a livello di cellule eucariotiche ed organismi animali per effettuare editing genomico. Con il termine di editing genomico si intende la terapia genica che permette di correggere errori a livello del DNA. L’idea, brevettata e pubblicata nel 2012, è quella di ingegnerizzare la proteina Cas9 con un crRNA avente una sequenza creata dall’operatore, in modo tale da poterlo indirizzare in una regione specifica del genoma umano e indurre qui un taglio, in modo che il sistema cellulare possa ripararlo risolvendo una mutazione presente. Il sistema può essere utilizzato anche per introdurre mutazioni a carico di un gene rendendolo inattivo.
L’idea nasce dalle scienziate Emmanuelle Charpentier e Jennifer Doudna, a cui è stato conferito il Nobel per la chimica nel 2020.
Il caso delle gemelle Lulu e Nana
Nel 2018 He Jiankui, uno biofisico cinese, ha deciso di utilizzare questo meccanismo per promuovere editing genomico su esseri umani ed in particolare sugli embrioni di due gemelline, che avevano il padre sieropositivo (individuo che ha contratto l’infezione da parte del virus HIV).
Lo scienziato ha ingegnerizzato il sistema crispr/cas9 in modo che agisse sulla sequenza del genoma codificante per il recettore CCR5, che viene utilizzato dal virus HIV per infettare le cellule del nostro sistema immunitario. La mutazione di questo recettore avrebbe reso le due gemelline immuni dall’infezione del virus. He Jiankui effettuò questo ‘’esperimento’’ in segreto in quanto, secondo la normativa vigente, il sistema crispr/cas non poteva essere utilizzato sull’uomo, poiché ancora poco conosciuto.
L’esperimento su Lulu e Nana
L’esperimento di editing del genoma è stato comunicato da He Jiankui in un’intervista alla stampa solamente alla nascita delle due gemelle. Il sistema crispr/cas9 ingegnerizzato è stato introdotto nelle cellule degli embrioni delle due gemelline e la gravidanza ha portato alla luce Lulu e Nana (pseudonimi utilizzati per mantenere incognita l’identità delle due bambine).
La terapia ha concesso con successo di editare il gene, ossia di introdurre mutazioni nel gene per il recettore CCR5, ma l’esito non è stato pienamente positivo. Si conosce poco riguardo la salute delle gemelle, poiché non è stato concesso lo studio del caso da parte di altri scienziati. Si sa che Lulu non è stata protetta dall’infezione in quanto il sistema di editing ha permesso di modificare il gene CCR5 solamente su uno dei due cromosomi.
Nana, invece, potrebbe essere resistente all’HIV, perché entrambe le copie del gene per il recettore CCR5 risulterebbero alterate. Inoltre, il sistema ha indotto delle modifiche del DNA fuori bersaglio, ossia a livello di porzioni geniche che non codificano per il recettore CCR5. Queste mutazioni fuori bersaglio possono aver reso le due gemelle più inclini alla comparsa di tumori, a contrarre infezioni e a sviluppare diverse patologie.
Il terzo embrione: Dopo Lulu e Nana anche Amy
Si ritiene che He Jiankui abbia ingegnerizzato anche un terzo embrione, chiamato Amy, nato dopo le gemelle e di cui si sa ben poco. La comunità scientifica si è mossa subito e lo scienziato è stato condannato a 3 anni di prigione per aver effettuato una pratica medica illegale, gli è stata chiesta una moratoria ed imposto il divieto di continuare lo studio nell’ambito della ricerca.
Da allora si è posto un freno sull’uso di questa tecnologia sull’uomo per i prossimi anni per dare il tempo di comprendere meglio il meccanismo d’azione del sistema crispr/cas9.
Fonti
- Doudna, J. A., & Charpentier, E. (2014). The new frontier of genome engineering with CRISPR-Cas9. Science, 346(6213), 1258096.
- Karimian, A, Azizian, K, Parsian, H, et al. CRISPR/Cas9 technology as a potent molecular tool for gene therapy. J Cell Physiol. 2018; 234: 12267– 12277. https://doi.org/10.1002/jcp.27972
- Perretta-Tejedor, N., Freke, G., Seda, M., Long, D. G., & Jenkins, D. (2020). Generating Mutant Renal Cell Lines Using CRISPR Technologies. Springer EBooks, 323–340. https://doi.org/10.1007/978-1-4939-9841-8_20
- Zhang, B. (2021). CRISPR/Cas gene therapy. Journal of Cellular Physiology, 236(4), 2459–2481. https://doi.org/10.1002/jcp.30064
