Un team di ricercatori ha scoperto un nuovo sistema di editing biologico che potrebbe essere potenzialmente ancora più preciso dell’editing genetico Crispr.
Che cos’è la tecnica Crispr?
Se n’è parlato tantissimo negli anni recenti ed è stato veramente un balzo in avanti nelle elaborazioni di tipo genetico: Crispr sta per “Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats”, che vuol dire, brevi ripetizioni palindromiche raggruppate regolarmente interspaziate.
Cosa sono questi Crisp?
Sono sequenze di DNA ripetitive che sono state osservate nei batteri con sequenze di DNA distanziatrici, tra le ripetizioni, che corrispondono esattamente alle sequenze virali; questo è un metodo che hanno i batteri per ricordarsi di assalti che hanno subito in passato da virus.
Si è scoperto che i batteri trascrivono questi elementi del DNA in RNA in seguito all’infezione virale, l’RNA guida poi una nucleasi, cioè una proteina che taglia il DNA, che va a colpire il DNA virale per tagliarlo, fornendo protezione contro il virus.
Ricordiamo brevemente Cos’è il DNA e cos’è l’RNA: il DNA è l’acido desossiribonucleico, sono queste molecole a forma di doppia elica, che contengono tutto il nostro codice genetico, sono all’interno di tutte le cellule, compresi anche i batteri e sono alla base della vita.
Il DNA fornisce un po’ il manuale di istruzioni per come deve essere costruita una cellula, che sia una cellula del nostro corpo, che sia di un batterio è più o meno sempre la stessa cosa.
Il DNA viene poi copiato in RNA, che è praticamente una copia conforme e poi questo RNA va in giro, perché il DNA è un pò fisso nel nucleo delle cellule eucariote e l’RNA, invece, si muove, si chiama anche RNA “messaggero” e porta questo messaggio in giro per la cellula dove serve, per dire: “C’è questa ricetta, bisogna costruire queste cose, c’è da fare un certo tipo di organello” e così via.
Nel caso dei virus, questo meccanismo nei batteri si è sviluppato per fare in modo di riconoscere specifiche sequenze del DNA virale ed andare quindi poi ad attivare delle proteine di taglio che vanno quindi a tagliare e distruggere questo DNA, prima che vada ad essere fuso all’interno del DNA batterio stesso, costringendolo a diventare una fabbrica di altri virus e poi essenzialmente uccidendolo; questo è il meccanismo con cui funzionano le infezioni virali.
Le nucleasi sono chiamate Cas, che significa associate a Crispr, quindi per questo parliamo di nucleasi e li chiamiamo Cas.
Nel 2012 i ricercatori hanno dimostrato che gli RNA potrebbero essere costruiti per guidare una nucleasi Cas; la prima utilizzata è stata la Cas 9, verso qualsiasi sequenza di DNA.
Il cosiddetto RNA guida può anche essere realizzato in modo che sia specifico solo per quella sequenza, aumentando le possibilità che il DNA venga tagliato in quel sito ed in nessun altro punto del genoma.
Ulteriori test hanno rivelato che il sistema funziona abbastanza bene in tutti i tipi di cellule, comprese le cellule umane.
Questo cosa significa in pratica: significa che abbiamo un meccanismo, il Cas Crispr si chiama, che consente di produrre delle sequenze specifiche di molecole che vanno ad identificare come una specie di stampo e controstampo specifici punti del DNA e vanno a tagliare in quei punti specifici, dopodiché entrano in campo altri meccanismi che possono dire “da questo punto a questo punto si toglie, si butta via e si riattacca il DNA, oppure “qui si taglia, si apre e ci si infila dentro una specifica sequenza”.
Quindi, questo ci permette di inserire dei geni che prima non c’erano o di togliere dei geni che non vogliamo ci siano: questo permette di fare una serie di trattamenti genici molto importanti anche negli esseri umani, fare in modo per esempio di introdurre la produzione di proteina Cloto, che abbiamo visto in un altro specifico video essere molto importante o, per esempio, di Telomerasi, che fa in modo di allungare i telomeri quindi, far diventare più longeve le cellule umane.
Le implicazioni sono molteplici, il Crispr Cas è una cosa con cui è facile interrompere un genere specifico mirato; questo metodo è diventato una specie di ” cassetta degli attrezzi” che prima mancava ( prima si utilizzavano delle tecniche molto più complicate, molto più difficili e molto molto meno efficaci).
Questo ha reso gli scienziati estremamente eccitati perché ha permesso una quantità di cose che hanno fatto balzare in avanti la scienza, ma soprattutto la tecnica della manipolazione genetica.
Questo metodo ha cambiato profondamente la ricerca biomedica, poiché riduce notevolmente i tempi ed i costi di sviluppo di modelli animali, con specifici cambiamenti genomici.
Se vogliamo avere una linea di topi che sviluppa un certo tipo di malattia per vedere di poterla curare, è più veloce ottenerla con questo sistema; gli scienziati utilizzano abitualmente il sistema Crispr Cas per tutta una serie di test che vengono fatti e di esperimenti.
Per le malattie umane, con una mutazione nota come, ad esempio, la fibrosi cistica, è teoricamente possibile inserire il DNA che corregge la mutazione.
Ci sono applicazioni cliniche negli studi sull’uomo, tra cui l’ingegneria delle cellule T, che sono quelle del sistema immunitario al di fuori del corpo per la terapia del cancro, per esempio, forme ereditarie di cecità.
Il sistema Crispr Cas è uno strumento estremamente potente, ma ha purtroppo delle limitazioni: è difficile fornire materiale Crispr Cas alle cellule mature in gran numero, il che rimane un problema per molte applicazioni cliniche.
I vettori virali sono il metodo di consegna più comune quindi, cosa succede, si prende un virus ed invece di avere all’interno la ricetta per fare altri virus, gli si inseriscono questo tipo di contenuti speciali.
Non è un sistema, però, efficiente al 100 per cento, quindi, anche le cellule che assorbono questo tipo di contenuti Crispr Cas, potrebbero non avere comunque un’attività di modifica del genoma, quindi potrebbe non scattare questo meccanismo in tutte le cellule che vengono contattate.
Le modifiche fuori target, cioè i siti diversi rispetto a quelli previsti del DNA, sebbene rare, possono avere gravi conseguenze, in particolare nelle applicazioni cliniche perché si va a curare le persone per una certa cosa ed invece si va a modificare magari qualcos’altro.
Per questo, questa notizia è importante, perché un team di ricercatori ha scoperto un nuovo sistema di editing biologico che potrebbe essere potenzialmente ancora più preciso dell’editing genetic Crispr: si basa su una proteina chiamata Fanzor, e questa nuova scoperta è il primo sistema programmabile guidato dall’ RNA scoperto negli eucarioti, che abbiamo detto sono le cellule più avanzate, quelle che hanno un nucleo.
Il nuovo sistema di editing dell’ RNA è descritto in uno studio pubblicato il 28 giugno dalla rivista Nature: gli eucarioti comprendono funghi, piante ed animali che hanno appunto un nucleo.
Crispr è stato scoperto per la prima volta in organismi chiamati procarioti che sono unicellulari e non hanno un nucleo: la scoperta di un sistema di editing come questo, che funzioni negli eucarioti, potrebbe espandere la portata dell’editing biologico ed anche la sua precisione.
Il team di ricerca ha mostrato come le proteine Fanzor utilizzano l’RNA come guida per colpire con precisione il DNA e come le proteine Fanzor possono essere riprogrammate per modificare il genoma delle cellule umane.
Come abbiamo visto, l’RNA svolge molteplici funzioni del corpo, tra cui codificare, decodificare, regolare ed esprimere i geni; il sistema Fanzor potrebbe anche essere somministrato più facilmente ai tessuti ed alle cellule del corpo, come agente terapeutico, rispetto ai sistemi Crispr.
Lo studio mostra anche che i meccanismi di taglio del DNA guidati dall’RNA, sono presenti sia nei procarioti unicellulari privi di nucleo, che negli eucarioti dotati di nuclei multicellulari.
I sistemi basati su Crispr sono attualmente ampiamente utilizzati e potenti perché possono essere facilmente riprogrammati per colpire diversi siti nel genoma.
Questo nuovo sistema è un altro modo per apportare i cambiamenti precisi nelle cellule umane integrando gli strumenti di modifica del genoma di cui già disponiamo.
Uno degli obiettivi principali del laboratorio, è lo sviluppo di farmaci genetici in grado di modulare le cellule umane, individuando geni e processi specifici.
Si sta guardando oltre il Crispr per vedere se esistono altri sistemi programmabili tramite RNA nel mondo naturale.
Il team si è basato su una scoperta del 2021 di una classe di sistemi programmabili tramite RNA nei procarioti chiamati Oomega; quella ricerca ha evidenziato alcune somiglianze tra i sistemi Omega procariotici e le proteine Fanzor negli eucarioti ed ha suggerito che gli enzimi Fanzor potrebbero anche utilizzare un meccanismo guidato dall’RNA per colpire e tagliare il DNA.
In questo nuovo studio, il team ha isolato il Fanzor da specie di funghi, alghe ed amebe e da una vongola comune chiamata Northern Quahog.
Una caratterizzazione biochimica delle proteine Fanzor, ha mostrato che si tratta di enzimi endonucleasi che tagliano il DNA ed utilizzano RNA Non codificanti vicini, noti come Omega RNA.
Questi Omega RNA prendono di mira siti particolari nel genoma ed è la prima volta che questo meccanismo viene trovato negli eucarioti come la vongola.
Questi sistemi Omega sono più ancestrali rispetto al Crispr e sono tra le proteine più abbondanti sul pianeta, quindi è logico che siano stati in grado di saltare avanti ed indietro tra procarioti ed eucarioti.
Per studiare il potenziale di Fanzor come futuro strumento di modifica del genoma, il team ha dimostrato che può generare inserimenti ed eliminazioni in siti genomici mirati, all’interno delle cellule umane, come lo strumento taglia-incolla in un documento qualsiasi di computer.
Hanno scoperto che il sistema Fanzor era inizialmente meno efficiente nel tagliare il DNA, rispetto ai sistemi Crispr, ma l’introduzione di una combinazione di mutazioni nella proteina, ne aumentava significativamente l’attività.
Secondo il team, il sistema Fanzor, può essere riprogrammato per indirizzare specifiche tecnologie di editing genomico per la ricerca e le terapie future, proprio come gli attuali sistemi basati su Crispr.
Ci sono anche altri sistemi come questo in natura che aspettano solo di essere scoperti.
Probabilmente ci sono molteplici sistemi programmabili tramite RNA che stiamo continuando ad esplorare e si spera ne scopriremo sempre di più nel futuro, per fare in modo di poter portare avanti terapie sempre più mirate, che possano produrre non soltanto la cura delle patologie, ma la cura “della patologia” base di cui ci occupiamo che è l’invecchiamento.
Ricorda che la medicina ufficiale è importante e vanno seguite le indicazioni dei medici abilitati.
Non diciamo che queste cose si vanno a sostituire ad una vita sana, a una dieta equilibrata e al fatto di andare a farsi controllare tutte le volte che serve e assumere tutti i medicinali che ci vengono prescritti.
Questi sono potenziamenti che ci fanno rimanere operativi, lucidi e in grado di goderci la vita.
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