Emmanuelle Charpentier

Nel 2020, anno che ci vedeva combattere contro il COVID-19, Emmanuelle Charpentier, insieme alla ricercatrice Jennifer Doudna, ha ricevuto il Premio Nobel per la chimica grazie ad una ricerca sull’editing genomico, un metodo rivoluzionario per modificare il DNA. Dal 1901 soltanto cinque donne avevano raggiunto questo traguardo.

Biografia: chi è Charpentier

Emmanuelle Charpentier (Fig.1) nasce l’11 dicembre 1968 a Juvisy-sur-Orge, una cittadina al sud di Parigi. Sin da piccola manifesta un forte interesse per la scienza e incentivata dai suoi genitori a seguire le sue ambizioni e passioni, tra il 1986 e il 1992 studia biologia, microbiologia, biochimica e genetica alla UPMC. Consegue poi un dottorato di ricerca in microbiologia nel 1995, all’istituto Pasteur.

La biochimica, genetista e microbiologa Emmanuelle Charpentier. — *Figura 1: Emmanuelle Charpentier*
*[Fonte: https://www.nobelprize.org]*

Per espandere i suoi orizzonti accademici, Charpentier emigra negli Stati Uniti e si unisce al gruppo di ricerca della Rockefeller University di New York.

Questa esperienza all’estero durata 5 anni, le permette di esplorare diversi campi di ricerca e di conoscere colleghi che condividevano il suo entusiasmo per la ricerca di base. Nel 2002 torna in Europa per fondare un team di ricerca proprio, dov’è anche professore associato, presso i Laboratori Max F. Perutz dell’Università di Vienna in Austria. Qui sviluppa diversi progetti volti a identificare e decifrare i meccanismi regolatori mediati da RNA e proteine, principalmente nel batterio patogeno Streptococcus pyogenes.

Uno di questi progetti consisteva nell’identificare più RNA con funzioni regolatorie, oltre a quelli su cui già si stavano concentrando all’epoca, ed è così che, studiando lo S. pyogenes, scopre una molecola precedentemente sconosciuta: il tracrRNA. Charpentier dimostra che il tracrRNA fa parte dell’antico sistema immunitario CRISPR-Cas (si pronuncia crisper), un sistema difensivo batterico che scinde il DNA virale inattivandolo. In questo modo dà il via agli studi sui sistemi CRISPR-Cas batterici, fondamentali per gli sviluppi successivi della tecnica dell’editing genomico.

Le prime pubblicazioni su Nature e Science

Nel 2009 si trasferisce in Svezia dove è nominata docente associato all’Università di Umea e nel 2011 pubblica la sua scoperta sulla rivista Nature, anno in cui inizia anche la collaborazione con la biochimica Jennifer Doudna, esperta nel campo dell’RNA.

Nel 2012 le due propongono per prime l’uso del sistema CRISPR nell’editing del genoma ricreando le forbici genetiche dei batteri in una provetta e semplificando le loro componenti molecolari in modo che fossero più facili da usare.

In seguito, riprogrammano le forbici genetiche in modo da poter tagliare non solo i DNA dei virus, ma qualsiasi molecola di DNA in un punto predeterminato e permettere di “riscrivere” il codice della vita. Nel 2012, questo consente a Charpentier e collega la famosa pubblicazione sulla rivista Science.

Charpentier: dall’attività accademica al Premio Nobel

Dalle prime pubblicazioni in poi, la carriera da scienziato senior si evolve molto velocemente. Dal 2013, Emmanuelle Charpentier assume incarichi di insegnamento e ricerca in Germania fino a dirigere l’istituto di Biologia delle Infezioni della Società Max Plank di Berlino. Dal 2016 è professore onorario all’Università Humboldt e nel 2018 fonda un istituto di ricerca indipendente, il Max Planck Unit for the Science of Pathogens.

Nel 2020, insieme a Doudna, riceve il Premio Nobel per la chimica, grazie alla scoperta rivoluzionaria del sistema CRISPR-Cas9 per l’editing genomico.

Secondo Claes Gustaffson, il presidente del Comitato per il Nobel per la chimica: “C’è un enorme potere in questo strumento genetico, che riguarda tutti noi. Non solo ha rivoluzionato la scienza di base, ma ha anche portato a colture innovative e porterà a nuovi trattamenti medici rivoluzionari”.

Focus: il sistema CRISPR-Cas9 nei procarioti

Nel 2012, la scoperta del sistema CRISPR-Cas9 ha messo in secondo piano i sistemi di editing come le nucleasi a dita di zinco (ZFN), meganucleasi e TALEN che erano stati utilizzati fino ad allora dai ricercatori di tutto il mondo.

CRISPR è l’acronimo di “Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats”, ovvero sequenze geniche che si ripetono a intervalli regolari. A CRISPR sono associati i geni Cas (“CRISPR associated“, da cui deriva “CRISPR-Cas9”) che codificano enzimi capaci di tagliare il DNA.

Meccanismo dell’editing genomico

Il sistema CRISPR-Cas9 è stato identificato da Charpentier studiando microorganismi procarioti (S. pyogenes), dove la proteina Cas9 svolge la funzione di forbice molecolare aiutando i microorganismi a proteggersi da virus patogeni, con la funzione di sistema immunitario. La svolta è arrivata con l’intuizione di sfruttare la tecnica su qualunque tipo di cellula, vegetale, animale, inclusa quella umana. Queste, infatti, possono essere modificate geneticamente e la correzione può avvenire ovunque nel genoma, anche per un singolo errore.

Il DNA non viene tagliato in modo casuale, ma in un punto preciso grazie alla presenza di un RNA guida, la cui sequenza è complementare a quella del sito che si vuole tagliare sul DNA. Esso assieme all’enzima Cas si appaia al DNA bersaglio per indicare a Cas il punto in cui tagliare il genoma.

A seguito del taglio introdotto da Cas9 sulla doppia elica, attraverso opportuni accorgimenti, è infatti possibile eliminare sequenze di DNA dannose dal genoma bersaglio oppure è possibile sostituire delle sequenze, andando ad esempio a correggere delle mutazioni causa di malattie (Fig.2).

Meccanismo d'azione del sistema CRISPR-Cas9 sul DNA — *Figura 2: Meccanismo d’azione del sistema CRISPR-Cas9 sul DNA*
*[Fonte: https://blog.unisr.it]*

Contributo scientifico di Emmanuelle Charpentier

L’avvento di CRISPR-Cas9 ha rivoluzionato la ricerca biomedica, infatti la precisione di questa nuova forma di medicina molecolare ha aperto interessanti prospettive alla terapia di malattie genetiche, o rare (come la distrofia muscolare di Duchenne, la beta-talassemia e la fibrosi cistica), di tumori, di malattie neurologiche (Alzheimer e Parkinson) e di malattie infettive (HIV).

Questa tecnica ha avuto un impatto talmente rivoluzionario tanto da essere utilizzata in campi di applicazione diversi dalle scienze biomediche, come l’agronomia e l’enologia.

Riconoscimenti e controversie

Come anticipato, nel 2020 Emmanuelle Charpentier ha ricevuto il celeberrimo premio Nobel per la chimica grazie a questa innovativa tecnologia, tuttavia i diritti sulla brevettabilità dell’invenzione hanno fatto emergere una pletora di controversie. La disputa nasce tra l’Università di Berkeley rappresentata dal team di Charpentier e Doudna (nella quale quest’ultima è docente) e i ricercatori dell’Università di Broad. Il motivo per cui nasce il dibattito è su chi ha brevettato per primo la tecnica dell’editing genomico e la paternità di CRISPR.

Nel 2014, la rivista Foreign Policy inserisce Emmanuelle Charpentier tra i “100 leading global thinkers“. Nel 2015 il TIME la inserisce tra “Le 100 persone più influenti al mondo” e nel 2016 tra “Le 100 persone più influenti dell’anno”.