La matita al posto delle forbici. CRISPR corregge il DNA senza tagliare

MUTATION

Non chiamatelo taglia-incolla. Il sistema CRISPR si è evoluto, e per correggere le mutazioni ora non ha più bisogno di tagliare. Due lavori, pubblicati rispettivamente su Nature e su Science, annunciano l’arrivo di due nuove varianti di questa piattaforma tecnologica per l’editing genomico. Si tratta di veri e propri correttori automatici di refusi (“base editor”), che prendono il posto delle forbici molecolari della versione classica di CRISPR. La differenza principale fra le due nuove varianti presentate oggi è che una lavora sul DNA, introducendo cambiamenti duraturi nel genoma, mentre l’altra interviene sui suoi trascritti di RNA, con effetti reversibili. In comune hanno la strategia di fondo: quando identificano una lettera sbagliata ne sistemano delicatamente gli atomi cambiandone l’identità. La sequenza insomma viene corretta senza bisogno di recidere, e senza le imprecisioni che si verificano quando si attiva il macchinario naturale di riparazione cellulare. Il nuovo approccio surclassa in efficienza le procedure alternative e consente interventi ad alta fedeltà con un tasso minimo di errori. La speranza, dunque, è che in futuro questi convertitori di lettere possano essere utilizzati per riparare le mutazioni puntiformi che causano molte gravi malattie umane.

Harvard University Professor David LiuCom’è noto le lettere del DNA sono quattro: l’adenina si accoppia con la timina, mentre la guanina si appaia con la citosina. L’anno scorso David Liu del Broad Institute aveva già illustrato su Nature come convertire una coppia G-C in una coppia T-A. Ma per rimediare a molte mutazioni patologiche serve la transizione inversa e la novità di quest’ultimo lavoro, firmato dallo stesso ricercatore, è che ora è possibile sostituire tutte e quattro le lettere, sia nei batteri che nelle cellule umane. Se immaginiamo CRISPR come un coltellino svizzero multiuso, Liu e compagni hanno prima disabilitato la funzione “cesoie”, quindi l’hanno accessoriato con l’equivalente di una matita per correggere i refusi. La matita, fuor di metafora, corrisponde a una funzione enzimatica (deaminasi), in grado di sottrarre gruppi chimici alle lettere del DNA riuscendo a convertire un tipo nell’altro. Per far funzionare la proteina che rappresenta l’ingrediente fondamentale della nuova ricetta (TadA-dCas9), i ricercatori hanno dovuto sottoporla a sette cicli di evoluzione e ingegnerizzazione. Gli sforzi sono stati ripagati, perché alla fine il sistema ha dimostrato di poter correggere bene le mutazioni legate a due malattie  genetiche (anemia falciforme ed emocromatosi).   

liuL’altro studio, in uscita su Science, è stato eseguito nello stesso istituto, che è nato dalla collaborazione tra Mit e Harvard, ed è firmato da uno dei pionieri di CRISPR: Feng Zhang (al centro della foto, insieme a Jennifer Doudna, Keith Joung e David Liu). La nuova variante ha ricevuto il nome Repair (RNA Editing for Programmable A to I Replacement), un acronimo che ci ricorda come l’adenosina debba essere convertita in una base intermedia (I, ovvero inosina) per poter essere letta come una G dalla cellula. Il lavoro di conversione in questo caso viene eseguito da una proteina della stessa grande famiglia di CRISPR (Cas13), anch’essa con le forbici disattivate. Per dimostrarne il potenziale terapeutico, Zhang e compagni l’hanno usata sull’RNA per correggere in vitro le mutazioni che causano l’anemia di Fanconi e il diabete insipido legato al cromosoma X. Le prestazioni sono già buone, ma secondo i ricercatori esistono dei margini di miglioramento per un upgrade che conservi la specificità e aumenti ancora l’efficienza. La tecnologia CRISPR si ispira a un sistema naturale batterico che è una sorta di miniera inesauribile di biodiversità molecolare, perciò ci si aspetta che il cassetto degli attrezzi CRISPR si arricchirà ulteriormente di varianti ottimizzate per svolgere al meglio i diversi compiti di correzione, inserzione o delezione delle sequenze bersaglio. I “base editor” si occuperanno sempre meglio della prima attività, mentre le varianti che tagliano il DNA continueranno a svolgere sempre meglio le altre due, e chissà quali altri strumenti si aggiungeranno al kit in futuro.

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