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CRISPR: come si fa l'editing genetico

È vero che con la Crispr si taglia un segmento di Dna? Come sappiamo che cosa tagliare, e con che cosa viene sostituito? Per che cosa usiamo (e useremo) questa tecnica?

Editing genetico: ecco come funziona.|Shutterstock

Molti degli studi e delle sperimentazioni sull'editing genetico, e sulle tecniche per attuarlo, sono rivolti alle applicazioni in agricoltura. A differenza di altri metodi di modifica del Dna delle piante coltivate, la Crispr/Cas9 tendenzialmente cambia la costituzione dei geni delle piante con maggiore precisione, e pare non lasciare tracce in altre parti del genoma, come poteva invece succedere con le tecniche classiche di OGM (come queste ultime, però, Crispr può introdurre geni "estranei" nelle piante coltivate).

 

Non ci sono ancora applicazioni "in campo", perché la tecnica è relativamente nuova e siamo ancora a livello di sperimentazione, ma è di questi giorni (il 25 luglio scorso) la notizia che la Corte di Giustizia europea ha stabilito che le piante ottenute con qualsiasi tecnica di mutagenesi - perciò anche con la Crispr/Cas9 - dovrebbero in ogni caso rientrare nelle leggi che riguardano l'uso di organismi geneticamente modificati (gli OGM).

 

I dubbi sugli OGM a domande e risposte (vedi). La modifica genetica di alcune piante solleva dubbi tra i consumatori: il mais e la soia OGM sono davvero così pericolosi come li dipingono i contrari alle mutazioni artificiali del Dna, oppure sono sicuri - come sostengono altri? | Shutterstock

La Corte ha affermato che "gli organismi ottenuti dalla mutagenesi sono OGM e sono soggetti agli obblighi stabiliti dalla Direttiva sugli OGM". Dall'altra parte del mondo, il Dipartimento dell'Agricoltura degli Stati Uniti ha già espresso un parere opposto e stabilito che alcune modifiche ottenute con Crispr/Cas9 allo studio in Usa (come la soia resistente alla siccità) non saranno soggette a controllo da parte del Dipartimento.

 

Per seguire meglio questo dibattito abbiamo raccolto qui le risposte ad alcune domande comuni su quello che sono l'editing genetico e la Crispr: come funziona nella pratica, su che cosa si interviene, che cosa vuol dire "tagliare" e "cucire" frammenti di Dna, che sia di una pianta o dell'uomo (anche se, per quanto ne sappiamo, non sono in corso programmi sperimentali ufficiali di modifiche genetiche sull'uomo).

 

Come funziona la tecnica Crisp/Cas9
La Crispr/Cas9 è una tecnica definita di "taglia e cuci" per intervenire sul Dna delle cellule. Il Dna è la molecola presente all'interno di tutte le cellule, in una struttura chiamata nucleo: contiene le istruzioni per la gestione delle milioni di attività cellulari sotto forma di sequenze di informazioni, chiamate geni.

 

Ogni singolo gene ha funzioni proprie e particolari. A volte il gene contiene le istruzioni per sintetizzare una proteina: mette cioè insieme i suoi "pezzi", che si chiamano aminoacidi. Altre volte ha funzioni di regolazione dell'attività di altri geni; altre volte ancora... non serve (o non sappiamo a che cosa serva). Oggi si ritiene che nell'uomo i geni che contengono istruzioni per le proteine siano circa 22.000 (più altrettanti che fanno altro o non sappiamo che cosa fanno), ma il numero varia molto nelle altre specie.

 

Le istruzioni per qualsiasi compito abbia un gene sono sempre sotto forma di una sequenza lineare di mattoncini di cui è fatto il Dna, le basi (che per convenzione indichiamo con le lettere ACTG: adenina, citosina, timina, guanina); come se fossero le istruzioni di un codice di un sistema operativo, o di un software. Per sintetizzare la proteina il Dna deve "spedire" le istruzioni al di fuori del nucleo, nella parte delle cellula che si chiama citoplasma.

 

Il Dna, però, non esce dal nucleo: la molecola che si incarica di copiare le istruzioni di un gene e portarle fuori si chiama Rna. Nel citoplasma l'Rna si appaia a piccoli corpuscoli chiamati ribosomi che leggono la sequenza e assemblano gli aminoacidi corrispondenti alle istruzioni del Dna. La lunga fila di aminoacidi attaccati l'uno all'altro è la proteina, che dopo essere stata assemblata va a fare il suo compito (strutturale, di enzima o altro) nella cellula.

 

Una rappresentazione concettuale della tecnica CRISPR: le forbici molecolari consentono di intervenire con precisione soltanto dove serve. Almeno in teoria: vedi anche effetti inattesi dell'editing genetico. | Shutterstock

 

Come si identifica la specifica sequenza di lettere su cui intervenire? Si "taglia" per davvero?
A volte la sequenza di un gene (ossia le istruzioni lineari per sintetizzare proteine o per qualsiasi altro compito, come regolazione dell'attività di altri geni o altro) non è corretta, e pertanto anche il lavoro svolto dalla proteina, nella cellula, non è corretto. Non agisce cioè come dovrebbe nel corpo "normale" e può avere conseguenze sulla salute o sulla costituzione di un corpo. Sono queste le sequenze che sono oggetto dell'attenzione dei genetisti. In agricoltura perché cambiarle, o correggerle, significa accelerare quel processo di "selezione artificiale" che da sempre l'umanità opera per ottenere migliori varietà alimentari. In futuro, essere capaci di applicare con sicurezza questa tecnica sull'uomo potrebbe portare alla cura di molte malattie genetiche.

 

Copiando questa sequenza nota se ne crea una su un pezzo di Rna che funge da "stampo", da guida, e che è attaccato a una proteina che si chiama Cas9, la cui funzione - anche in natura - è quella di tagliare all'interno delle sequenze e staccarla dalla catena del Dna.

 

Editing dell'embrione: che cosa è stato fatto finora sull'uomo? In realtà non lo sappiamo esattamente... | Tom & Dee Ann McCarthy/Corbis

Come si crea e si inserisce la nuova sequenza?
In ogni popolazione di persone o di cellule, alcune sequenze "normali" fanno funzionare il gene come deve e producono la proteina giusta, oppure gestiscono correttamente altri geni (se questa è la funzione del gene regolatore). La nuova sequenza è prodotta in laboratorio con strumenti ormai classici, che attaccano una a una le basi (ACTG) per produrre la sequenza corretta.

 

Nel punto del Dna in cui la sequenza fallata è stata tagliata, si inserisce una nuova sequenza corretta di basi del Dna, che a questo punto ripristinano la funzione corretta del gene.

 

Si "cuce" per davvero (e come)?
È la cellula stessa che si incarica di unire la sequenza giusta del Dna al posto di quella tagliata dalle forbici molecolari di Crispr/Cas9

 

Si interviene... dove? All'interno di una singola cellula? Una qualunque?
Si può operare all'interno del nucleo di alcune cellule. Non cellule qualunque, ma solo quelle che hanno un gene dal funzionamento difettoso. Attenzione: questo non significa che alcune cellule abbiano solo il patrimonio genetico che è utile a loro per funzionare correttamente. Tutte le cellule del corpo (a parte i globuli rossi in alcuni mammiferi) hanno tutti i geni. Solo che alcuni (quelli utili in quell'organo, o in quel momento) funzionano, e altri sono bloccati o silenziati o non letti dalla cellula per creare una molecola di Rna. Quelli che vengono corretti dalla tecnica Crispr/Cas9 sono geni funzionanti, ma con dei difetti. È un po' come se tutti i computer del mondo avessero lo stesso "programma globale", ma ne funzionassero solo alcune parti, quando e dove serve.

 

Un embrione umano di 8 cellule, tre giorni dopo la fecondazione. Embrioni umani sono già stati modificati con la CRISPR (vedi), in Cina: con risultati così parziali da sollevare domande anche sull'utilità dell'esperimento, oltre che sull'etica. | Science Photo Library/Contrasto

Si potrebbe anche agire all'interno delle cellule sessuali, come uova e spermatozoi, per correggere i difetti genetici alla radice, cioè a livello di embrione. Ma la tecnica non è abbastanza precisa, né testata, per far nascere bambini "corretti" con Crispr/Cas9.

 

Che cosa succede dopo?
Se tutto va come deve andare, la cellula comincia a funzionare come fanno le cellule senza difetti genetici e a produrre la proteina giusta o regolare correttamente, come gli altri geni.

 

Ci sono rischi o ricadute non desiderate?
La tecnica non raggiunge ancora la precisione desiderata. Gli errori sono di gran lunga inferiori a quelli che si manifestavano con le vecchie tecniche di Dna ricombinante, ma possono comunque esserci delle imprecisioni. In particolare, sembra che questa tecnica possa eliminare (senza che ciò sia voluto) frammenti di DNA, o anche spostare la posizione di questi frammenti sui cromosomi, con conseguenze ancora tutte da studiare.

29 Luglio 2018 | Marco Ferrari
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