CRISPR-Cas9, la tecnica taglia e cuci con il DNA: come funziona e perché potrebbe essere rischiosa

Crispr-Cas9, la tecnica di taglia e cuci del DNA, è un metodo efficiente per ingegnerizzare le cellule. Promette grandi cose, da nuovi trattamenti contro i tumori a quelli per malattie rare come la talassemia. Ma forse è meno sicura di quanto pensiamo.

Il Crispr-Cas9 è un metodo per modificare a piacere gli acidi nucleici, la cui scoperta è stata premiata con il Nobel per la Chimica 2020.

Come funziona Crispr-Cas9

All’inizio degli anni 2000, una serie di laboratori in Europa, per motivi di ricerca di base e applicata alle biotecnologie, hanno scoperto che i batteri, le cellule più semplici esistenti, sorprendentemente possiedono un sistema immunitario per difendersi dai virus. Un sistema immunitario molto diverso e più semplice del nostro, ma molto peculiare. Si tratta di una serie di forbici molecolari programmabili – la più studiata delle quali è l’enzima Cas9 – in grado di fare a pezzi il materiale genetico infettivo introdotto dai virus. Si dovranno attendere 10 anni, grazie allo sforzo di biologi e biochimici dell’Università della California a Berkeley e di Harvard, per capire nel dettaglio come funziona Cas9.

La proteina Cas9 è una sorta di forbice molecolare in grado di tagliare un DNA bersaglio, che può essere programmata per effettuare specifiche modifiche al genoma di una cellula, sia questa animale, umana o vegetale.

A seguito del taglio introdotto da Cas9, 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.

La programmazione del bersaglio di Cas9 avviene attraverso una molecola di RNA, chiamata RNA guida, che può essere facilmente modificata in laboratorio e, una volta associata a Cas9, agisce come una specie di guinzaglio, ancorandola alla sequenza di DNA bersaglio da noi scelta.

Le applicazioni

Le prime applicazioni vengono dalle malattie del sangue dove è relativamente facile isolare le cellule malate, per correggerle e restituirle al paziente. Sono della fine del 2019 le notizie della sperimentazione clinica per la correzione di cellule del sangue di pazienti con la beta-talassemia e anemia falciforme. In questo caso si è inattivato un gene che blocca la produzione di emoglobina fetale a compensazione del gene dell’emoglobina difettivo nei pazienti.

Un aspetto molto studiato è quello della possibilità di far funzionare CRISPR per modificare molteplici geni in una volta sola. Questo tipo di strategia è utile laddove ci sia bisogno di un intervento radicale sul genoma di un organismo. È stata per esempio usata per generare dei maiali da cui prelevare tessuti da utilizzare per xenotrapianti. In questo caso si sono inattivate porzioni estese del loro corredo genetico che potrebbero essere dannose per l’uomo quando parti del maiale, come le valvole cardiache, verranno trapiantate in pazienti cardiopatici.

Quali sono i rischi

Nell'articolo pubblicato da Science, i ricercatori statunitensi mostravano l'approccio utilizzato per modificare in laboratorio i linfociti T di alcuni pazienti affetti da mieloma avanzato refrattario ai trattamenti e da sarcoma metastatico. Tramite Crispr-Cas9 sono stati distrutti tre geni e introdotto un transgene - tutto per rendere i linfociti T più efficienti nel riconoscere e distruggere le cellule tumorali.

I risultati erano stati incoraggianti: le cellule ingegnerizzate erano sopravvissute nei tre pazienti per un lungo periodo e avevano tenuto a bada i tumori, sebbene non li avessero eliminati del tutto. Crispr-Cas9, aveva apportato modifiche puntuali sui cromosomi interessati nella maggior parte dei casi, anche se qualche errore (come alcune traslocazioni cromosomiche) era stato individuato.

Crispr-Cas9 è davvero sicuro?

Per stabilire l'effettiva sicurezza di questo approccio di ingegneria genetica, il team di ricercatori dell'Università di Tel Aviv, così come spiegato sulla rivista Nature Biotechnology, ha ripreso in mano gli esperimenti dei colleghi statunitensi, li ha replicati e ha analizzato, tramite il sequenziamento dell'Rna a singola cellula, l'integrità del genoma di migliaia di cellule. Gli scienziati hanno concluso che il 9-10% delle cellule trattate perde una quantità significativa di materiale genetico.

A volte i cromosomi che vengono tagliati non si aggiustano e il materiale genetico risulta compromesso, una condizione che si verifica anche in alcuni tipi di tumori. Pertanto, la terapia Crispr, in cui il Dna viene scisso intenzionalmente come mezzo per curare il cancro, potrebbe, in scenari estremi, promuovere effettivamente tumori maligni.