evoCas9: arma di precisione per l'editing del genoma

Se prima era un paio di forbici da cucina, ora è un bisturi affilato. A operare la trasformazione della Crispr/Cas9 (strumento da taglio del genoma) in evoCas9, un avanzato attrezzo di precisione, è stato un gruppo di ricercatori dell’Università di Trento.

Il sistema, messo a punto nel 2012 e in un baleno adottato nei laboratori di bioingegneria di tutto il mondo per la facilità con cui permette di manipolare, tagliare e correggere il DNA, è stato in un balzo ulteriormente e grandemente perfezionato e, grazie a questo sviluppo, potrebbe per davvero diventare lo strumento decisivo per la sperimentazione di terapie geniche su diverse malattie.

Dispositivo veloce... I tentativi di correggere il genoma per curare malattie in cui sono alterate certe sequenze dei geni sono in corso da molto tempo. Fino a pochi anni fa questo genere di ricerca richiedeva procedure lunghe e complesse, ma un cambiamento decisivo è arrivato quando, nel 2012, è stato scoperto che una proteina presente nei batteri (Cas9), in associazione con una sequenza di RNA, poteva costituire un dispositivo utile nelle cellule degli organismi superiori per scandagliare il DNA, identificare il punto in cui è presente un danno genetico e compiere lì un taglio: ecco che cosa è il "dispositivo" Crispr/Cas9.

Per utilizzarlo come strumento al servizio dell'ingegneria genetica occorre produrre su misura la guida RNA che interessa, lasciare che Crispr/Cas9 cerchi il segmento corrispondente di DNA e lo tagli, disattivando così un gene malato o di cui è necessario studiare la funzione, oppure veicolando al suo posto una sequenza “sostitutiva” normale.

... ma impreciso. Benché molto efficiente e veloce rispetto alle vecchie tecnologie, il limite di questo sistema, per pensare di poterlo utilizzare come terapia su malattie umane, è stato fin dall’inizio la sua precisione.

«Le sequenze di riconoscimento, ossia le guide, sono piccole, costituite da una ventina di nucleotidi», spiega Anna Cereseto, responsabile del Centro di Biologia Integrata (CIBIO) dell’Università di Trento, in cui è stata compiuta la nuova scoperta. «Per questo motivo può capitare che il dispositvo si accoppi al DNA anche nei punti dove c’è una differenza di solo uno o due nucleotidi.»

Questo margine di tolleranza, ovviamente, è pericoloso quando si va a lavorare su tessuti e cellule umane, dove oltre alla correzione voluta si rischia di avere anche effetti indesiderati, imprevisti e imprevedibili.

In diversi laboratori del mondo erano già in corso approcci per rendere la tecnologia più precisa. Per esempio, alcuni gruppi hanno modificato un “pezzetto” della proteina Cas9 e prodotto delle varianti in grado di aumentare la specificità del taglio.

Anche il gruppo di Trento, con cinque giovani ricercatori guidati da Anna Cereseto, ha lavorato a partire dal 2015 per aumentare l’accuratezza delle forbici molecolari, ma con un altro approccio.

L'evoluzione delle forbici. «In pratica abbiamo sottoposto Cas9 a una "evoluzione darwiniana" in provetta, e da qui deriva il nome, evoCas9. Abbiamo inserito la proteina in cellule specializzate di lieviti e abbiamo lasciato fare alla natura, selezionando poi i lieviti in cui Cas9 effettuava il taglio nella maniera più precisa», spiega la ricercatrice.

In tre anni sono arrivati i risultati. I ricercatori hanno ottenuto una proteina (le forbici) diversa in solo quattro aminoacidi, ma estremamente più precisa rispetto alle versioni esistenti. Testato in cellule umane, il nuovo strumento, oggetto già di un brevetto, ha dimostrato di ridurre di circa il 99 per cento le mutazioni non volute: ecco dunque raggiunto il livello di precisione necessario per pensare di poter utilizzare questa tecnologia nella ricerca e nelle sperimentazioni cliniche che riguardano malattie umane.