CRISPR, tutto quello che c’è da sapere



Che cosa è la CRISPR-Cas9?

CRISPR-Cas9 è uno strumento di editing genomico che sta molto facendo parlare di sè nel mondo della ricerca genetica. È più veloce, più economico e più preciso delle precedenti tecniche di editing del DNA e ha una vasta gamma di applicazioni potenziali.

Come funziona?

crispr tecnica genetica CRISPR-CAS9

Rappresentazione grafica, clicca per ingrandire

CRISPR-Cas9 è una tecnologia unica che consente a genetisti e ricercatori medici di modificare parti del genoma eliminando, aggiungendo o modificando sezioni del DNA.  Il sistema CRISPR-Cas9 è costituito da due molecole chiave che introducono un cambiamento (mutazione) Nel DNA. Questi sono:

1- Un enzima chiamato Cas9. Questo funge da “forbice molecolare” che può tagliare le due filie del DNA in una posizione specifica nel genoma in modo che i bit di DNA possano essere aggiunti o rimossi.

2- Una porzione di RNA chiamata RNA-guida (gRNA). Questo è costituito da un piccolo pezzo di sequenza RNA pre-progettata (circa 20 basi di lunghezza) posizionata all’interno di un più lungo impianto di RNA. La parte del ponte si lega al DNA e la sequenza “guida” Cas9 alla parte destra del genoma. Ciò assicura che l’enzima Cas9 tagli nel punto desiderato del genoma.

L’RNA guida è progettato per trovare e legarsi ad una sequenza specifica nel DNA. L’RNA guida ha basi RNA che sono complementari a quelli della sequenza di DNA target nel genoma. Ciò significa che, almeno in teoria, l’RNA guida si legherà solo alla sequenza bersaglio e non altre regioni del genoma.
Il Cas9 segue l’RNA guida nella stessa posizione nella sequenza del DNA e fa un taglio su entrambi i fili del DNA.
In questa fase la cellula riconosce che il DNA è danneggiato e cerca di ripararlo.
Gli scienziati possono utilizzare la macchina di riparazione del DNA per introdurre modifiche a uno o più geni nel genoma di una cellula di interesse.

Come è stato sviluppato?

Jennifer Doudna

Jennifer Doudna

Alcuni batteri hanno un sistema di editing genico simile al sistema CRISPR-Cas9 che utilizzano per rispondere a patogeni invasori come virus, molto simile ad un sistema immunitario.
Utilizzando CRISPR i batteri tagliano parti del DNA virale e lo custodiscono per aiutarli a riconoscere e difendersi contro il virus in futuro.
Gli scienziati hanno adattato questo sistema in modo che possa essere utilizzato in altre cellule di animali, tra cui i topi e gli esseri umani. La maggior parte dello sviluppo di questa tecnica è attribuito alla prof.ssa Jennifer Doudna della UC Berkeley.

 

Quali altre tecniche sono disponibili per alterare i geni?

Da diversi anni gli scienziati hanno utilizzato il “targeting genico” per introdurre cambiamenti in luoghi specifici del genoma, rimuovendo o aggiungendo interi geni o basi singole.
Il targeting tradizionale del gene è stato molto utile per studiare i geni e la genetica, tuttavia richiede molto tempo per creare una mutazione ed è abbastanza costoso.
Sono state recentemente sviluppate diverse tecnologie per la modifica del gene per migliorare i metodi di targeting dei geni, inclusi sistemi CRISPR-Cas, TALENs e ZFN.
Il sistema CRISPR-Cas9 si distingue attualmente come il sistema più veloce, più economico e affidabile per l’editing genomico .

 

Quali sono le applicazioni e le implicazioni?

CRISPR-Cas9 ha un sacco di potenziale come strumento per trattare una serie di condizioni mediche che hanno una componente genetica, tra cui il cancro, l’epatite B o anche il colesterolo alto.
Molte delle applicazioni proposte riguardano la modifica dei genomi somatici (non riproduttivi), ma c’è stato molto interesse e dibattito sul potenziale per modificare cellule riproduttive.
Poiché le modifiche apportate alle cellule germinali verranno trasmesse da generazione in generazione, sono sorti importanti dibattiti nel merito alle implicazioni etiche di tale utilizzo del crispr.
L’esecuzione di modifiche geneitche nelle cellule germinali è attualmente illegale nella maggior parte dei paesi che utilizzano CRISPR in modo continuativo.
Al contrario, l’uso di CRISPR-Cas9 e di altre tecnologie di modifica del gene nelle cellule somatiche è ormai diffusissimo.

 

Qual è il futuro di CRISPR-Cas9?

È probabile che passino ancora molti anni prima che CRISPR-Cas9 sia usato in maniera regolare negli esseri umani.
Molta ricerca sta ancora concentrando il suo uso nei modelli animali o nelle cellule umane isolate, allo scopo di utilizzare la tecnologia per trattare le malattie nell’uomo.
C’è molto lavoro che mira a eliminare gli effetti “fuori bersaglio”, dove il sistema CRISPR-Cas9 taglia a un gene diverso da quello destinato ad essere modificato.
Nella maggior parte dei casi l’RNA guida è costituito da una sequenza specifica di 20 basi. Questi sono complementari alla sequenza bersaglio del gene da modificare. Tuttavia, non tutte le 20 basi devono corrispondere al RNA della guida per essere in grado di legare.
Il problema è che una sequenza con, ad esempio, 19 delle 20 basi complementari può esistere da qualche parte completamente diversa del genoma. Ciò significa che vi è il potenziale per il gRNA di legare in luoghi diversi dalla sequenza bersaglio.
L’enzima di Cas9 taglierà poi nel sito sbagliato e finirà per introdurre una mutazione nella posizione sbagliata. Sebbene questa mutazione non sia affatto imputabile all’individuo, potrebbe interessare un gene cruciale o un’altra parte importante del genoma.

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