L’ultimo numero di Science apre uno scorcio inaspettato su CRISPR, il sistema immunitario batterico che ha ispirato l’omonima tecnica di modificazione genetica. A firmare il lavoro è il gruppo di Jennifer Doudna, la biochimica di Berkeley che nel 2012 ha gettato le basi per lo sviluppo della rivoluzionaria tecnologia, subito adottata in tutto il mondo per correggere il DNA di piante, animali e cellule umane. Il nuovo contributo del DoudnaLab per ora rappresenta soprattutto un’affascinante tappa del viaggio nella ricerca di base, ma c’è da scommettere che man mano che i ricercatori sistemeranno gli elementi del puzzle, comprendendo nei dettagli come CRISPR funziona in natura, la ricerca applicata escogiterà nuovi trucchi per arricchire ulteriormente la cassetta degli attrezzi delle nuove biotecnologie di precisione.

Affacciamoci, dunque, nel tumultuoso mondo microbico. La guerra fra i batteri e i virus che li infettano è una corsa evoluzionistica agli armamenti, che si consuma dalla notte dei tempi a suon di mutazioni. I batteri affinano via via le proprie armi di difesa, imparando a identificare il DNA estraneo e a distruggerlo, mentre i virus aggiornano i propri mezzi per andare all’attacco. Perché la strategia militare batterica possa funzionare al meglio, le ronde armate sono precedute da un meticoloso lavoro di intelligence. Insomma, prima che entrino in azione le proteine guerriere (come la celebre Cas9, su cui si basa la piattaforma tecnologica CRISPR), serve un team capace di organizzare le informazioni utili a scovare il nemico. Questo complesso si chiama Cas1-Cas2, ed è il protagonista dello studio appena pubblicato su Science. Non è impegnato nell’azione diretta, ma scheda i virus “most wanted”, ordinandone gli identikit genetici all’interno di un archivio genomico, in modo da poter ritrovare le indicazioni per fare piazza pulita al momento opportuno. Mentre le proteine guerriere si sono diversificate molto nel corso dell’evoluzione, le Cas numero 1 e 2 sono rimaste pressoché identiche in tutti i microrganismi dotati di un sistema CRISPR, segno che svolgono un lavoro cruciale. La Cas1 in origine doveva essere un enzima saltellante (trasposasi), capace di far rimbalzare elementi di DNA in punti casuali del genoma, ma poi ha cambiato lavoro, imparando a integrare brevi segmenti in punti specifici.

“Questa addomesticazione sembra un evento così improbabile da essersi verificato una volta sola. È stato il passaggio chiave nello sviluppo dell’immunità basata su CRISPR, perché consente al sistema di adattarsi alle nuove minacce, archiviando le sequenze virali”, ci ha spiegato Addison Wright, ricercatore fresco di laurea del DoudnaLab e primo firmatario dello studio. Cas1 lavora in tandem con Cas2, legando il DNA che deve archiviare nel punto prestabilito del genoma batterico. Come fa? Per scoprirlo i ricercatori dell’Università di Berkeley hanno cristallizzato l’intero complesso, notando un fatto sorprendente: la proteina non legge le lettere sul DNA per trovare le sequenze giuste, ma si lega solo al DNA che può piegarsi in un certo modo. È un po’ come se al posto della vista usasse il tatto, per percepire la forma. “Le sequenze ripetute riconosciute dal complesso hanno un punto cardine particolarmente flessibile che permette loro di flettersi sulla Cas2, che forma una specie di cuneo, mentre la porzione adiacente si srotola parzialmente”, dice Wright. Recentemente il gruppo di Harvard diretto da George Church ha usato questo complesso per incorporare le immagini di un breve filmato in una popolazione batterica. Ma perché il duo Cas1-Cas2 possa diventare uno strumento biotech davvero versatile è necessario capire come riconosce il suo bersaglio naturale nei batteri, imparare a prevedere quali altri siti può riconoscere negli altri tipi di cellule, e poi ingegnerizzarlo affinché riconosca altri bersagli scelti da noi. Comunque, considerato che circa la metà dei batteri e la quasi totalità degli archeobatteri sono dotati di un sistema CRISPR per difendersi dai virus, Doudna, Church e compagni hanno ancora molto lavoro da fare per censire e mettere alla prova tutte le molecole potenzialmente utili. “C’è ancora tanto da scoprire!”, si entusiasma Wright. “Penso che CRISPR continuerà per molto tempo a stupirci”.