Tutti insieme appassionatamente. L’editing incontra i microbiomi

Jill Banfield e Jennifer Doudna (foto di Keegan Houser)

Studiare intere comunità batteriche è finalmente possibile grazie a un nuovo approccio messo a punto dall’inventrice di CRISPR Jennifer Doudna e dalla cacciatrice di microrganismi Jill Banfield. Tante le applicazioni possibili, tra ambiente, agricoltura e medicina.

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Il primo trapianto CRISPR da maiale a essere umano

Questa e altre foto dell’intervento, scattate da Joe Carrotta, sono disponibili sul sito del centro NYU Langone Health

Un rene suino, geneticamente editato per ridurre il rischio di rigetto immediato, è stato collegato al corpo di una donna in morte cerebrale. Nei tre giorni del periodo di osservazione, secondo il chirurgo a capo del team, l’organo ha funzionato bene. Per il settore degli xenotrapianti potrebbe essere un nuovo inizio, lungo una strada ancora ricca di incognite.  

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La roadmap dell’Oms per l’editing del genoma

Due anni di consultazioni, 18 esperti in rappresentanza di tutte le aree geografiche, oltre 150 pagine di analisi. L’atteso rapporto dell’Organizzazione Mondiale della Sanità sull’editing del genoma umano è stato pubblicato il 12 luglio e si articola in tre parti: Un quadro per la governance, Raccomandazioni e Position Paper. Pur non essendo vincolanti, le indicazioni dell’Oms sono destinate a influenzare sia i governi che la comunità scientifica, poiché rappresentano il primo tentativo di mettere ordine su scala globale in un settore di ricerca tanto promettente quanto delicato. Non regole, ma coordinate per una roadmap che tiene conto di principi etici largamente condivisibili e approcci normativi concretamente utilizzabili. (Continua su Osservatorio Terapie Avanzate)

Sasso carta forbici: le zanzare CRISPR giocano a morra cinese

L’antico gioco che si fa con le mani è un’utile metafora per spiegare l’ultimo studio del gruppo di Andrea Crisanti sulla strategia dei drive genetici contro la malaria, pubblicato il 25 giugno su Nature Communications. Rock-paper-scissors. Le forbici, ovviamente, sono quelle della tecnologia di editing genomico CRISPR/Cas9, premiata con il Nobel per la chimica 2020. La carta è la sequenza bersaglio sul DNA, contro cui sono indirizzate le forbici genetiche. E il sasso?

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L’NIH prepara il CRISPR-kit del futuro

Si fa presto a dire editing somatico. Le chance che CRISPR possa essere impiegata con successo in tessuti e organi malati per correggere i difetti genetici dipendono da molti fattori. Dal tipo di modifica che è necessario apportare al gene bersaglio, dalla variante di CRISPR usata per farlo, dagli stratagemmi impiegati per portare il sistema dentro alle cellule, dal fatto che queste ultime possano essere prelevate (ex vivo) o debbano essere trattate dentro al corpo del paziente (in vivo). Lo scopo del Consorzio per l’editing genomico delle cellule somatiche (SCGE), creato dai National Institutes of Health americani, è migliorare l’efficienza e la sicurezza di tutti questi passaggi e disseminare le procedure migliori.  (L’articolo continua su Osservatorio Terapie Avanzate)

CRISPR traccia le metastasi

Alberi filogenetici tumorali: ogni colore indica una diversa localizzazione nel corpo, perciò gli alberi più colorati sono quelli dei tumori che generano più metastasi. Fonte: Science

Gli scienziati compilano i quaderni di laboratorio. I giornalisti vecchio stampo si affidano all’inseparabile taccuino. E ora anche le cellule possono tenere il loro diario di bordo, in cui annotare gli eventi importanti come divisioni e migrazioni. Il mezzo è il DNA, il messaggio sono le mutazioni indotte e la penna per scrivere è il sistema CRISPR. In pratica la tecnica nata per correggere i refusi genetici può essere riconvertita in una piattaforma di tracciamento, con cui ricostruire tappa dopo tappa la storia delle cellule coinvolte in fenomeni complessi come la formazione delle metastasi tumorali o lo sviluppo embrionale.

Un tempo i ricercatori pedinavano le cellule marcandole con i coloranti e deducevano le loro relazioni di parentela dalle somiglianze e dalle differenze causate dalle mutazioni naturali nei loro genomi. Ma così facendo non si riesce ad andare molto indietro nel tempo, i dati su cui fare affidamento sono troppo pochi rispetto al gran numero dei possibili destini cellulari. Si pensi che ogni essere umano inizia la propria vita come un’unica cellula che si divide ripetutamente fino a formarne miliardi, e ricostruire le loro storie è la grande sfida della biologia dello sviluppo. Nell’era di CRISPR, per fortuna, se le mutazioni naturali non bastano a scandire il tempo biologico, si può rimediare. Basta predisporre un meccanismo che generi intenzionalmente una mutazione riconoscibile, trasmessa da una generazione all’altra con la divisione cellulare. Ha fatto così Jonathan Weissman del Whitehead Institute, insieme a colleghi di diverse università americane, per rispondere a domande come queste: quanto spesso metastatizzano i tumori? Da dove arrivano le metastasi? Dove vanno?  

Nell’esperimento descritto nell’ultimo numero di Science i ricercatori hanno usato delle cellule tumorali umane modificate per portarsi dietro un kit speciale: l’enzima chiave di CRISPR (Cas9), dieci sequenze bersaglio, le istruzioni molecolari per individuare queste ultime e un enzima per facilitare l’osservazione al microscopio (luciferasi). Insomma i ricercatori hanno fornito a ogni cellula la penna per scrivere, gli spazi da annotare, i segnalibri e l’evidenziatore. Poi hanno iniettato queste cellule nei topi, utilizzandoli come modello per il cancro polmonare, un tumore capace di generare metastasi aggressive. Quando le cellule hanno iniziato a dividersi, CRISPR ha inciso i siti bersaglio e le lesioni sono state saldate dai meccanismi naturali di riparazione cellulare nel modo consueto, lasciando poche lettere in più o in meno.

Queste mutazioni rappresentano la testimonianza dell’avvenuta divisione e rimangono nel genoma come le confessioni in un diario. Leggendole è possibile capire dinamiche e rotte delle metastasi, seguendo la progressione del cancro per mesi e in tempo reale. Ogni cellula figlia, infatti, erediterà i segni della cellula madre e ne accumulerà di nuovi nelle successive divisioni, cosicché confrontando i diari delle diverse cellule è possibile ricostruire le loro relazioni. Con l’aiuto di un algoritmo le cellule possono essere ordinate in un albero filogenetico, simile a quelli usati dai biologi per studiare l’evoluzione delle specie. Mettendo insieme questi dati, Weissman e colleghi hanno concluso che le cellule tumorali, pur appartenendo alla stessa linea cellulare, evolvono un potenziale metastatico diverso durante la coltivazione in vitro, perché esprimono diversamente molti geni. Spegnendo o sovra-attivando questi geni (ad esempio quello per la cheratina 17) si modifica, dunque, l’invasività dei tumori. Le rappresentazioni grafiche dell’immagine di apertura rappresentano “alberi” più o meno colorati, perché si riferiscono a tumori più o meno aggressivi (ogni colore indica una diversa localizzazione nel corpo). Inoltre i ricercatori hanno scoperto che le metastasi possono muoversi a salti da un distretto corporeo all’altro, usando come stazione intermedia il tessuto linfatico mediastinale situato tra i polmoni. Concentrare le terapie su questi “hub” potrebbe rivelarsi una buona strategia. E chissà che in futuro non si riesca a passare, come spera Weissman, dall’osservazione del comportamento cellulare alla sua previsione.     

A novembre, in un lavoro pubblicato su Science, un analogo approccio di tracciamento cellulare basato su CRISPR ha fatto luce sulle dinamiche cellulari che danneggiano lo sviluppo del cervello in caso di microcefalia. Ma il primo grande exploit in questo campo lo aveva fatto sulla stessa rivista George Church nel 2018, fornendo a CRISPR un set di 60 sequenze bersaglio, abbastanza da poter catalogare i dieci miliardi di cellule che compongono il corpo di un topo adulto. Ricostruendo in questo modo i destini cellulari durante l’embriogenesi, il gruppo diretto dal genetista di Harvard ha capito, tra le altre cose, che l’asse di simmetria destra-sinistra del cervello si forma dopo rispetto all’asse fronte-retro. Secondo Church varrebbe la pena di mettere alla prova sui neuroni una strategia simile, con l’obiettivo di registrare in modo permanente le attività transienti su cui si basa la formazione dei ricordi.

La versatilità di CRISPR consentirà certamente soluzioni creative. Anziché dotare le cellule di un set di sequenze bersaglio da utilizzare come altrettanti siti per le annotazioni, ad esempio, si potrebbe fornire un sistema self-targeting, capace di auto-editarsi e dunque di funzionare come una pagina di word che incorpora annotazioni successive.

Speranze CRISPR per i bambini con invecchiamento precoce

Un paper su Nature firmato dal mago dei correttori di basi David Liu insieme a un gigante della genetica medica, Francis Collins, ha acceso le speranze. Per ora si tratta di risultati sui topi, ma si tratta di risultati eclatanti. Basta un’iniezione per correggere la singola lettera sbagliata in una varietà di tessuti diversi e raddoppiare la vita ai topini portatori della mutazione della progeria umana. Ecco come Francis Collins (ex direttore del Progetto Genoma Umano, ora a capo dei National Institutes of Heatlh americani) racconta il lavoro nel suo blog. Ed ecco come inizia l’articolo che ho scritto su Le Scienze.

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Primo trattamento sperimentale CRISPR in Italia

Franco Locatelli, Bambin Gesù (Roma)

Il primo paziente trattato con CRISPR in Italia è un ragazzo di vent’anni affetto da talassemia. Il trattamento indicato con la sigla CTX001 è stato effettuato solo il 17 novembre, quindi è presto per fare bilanci, ma il paziente «per il momento risponde bene» e la speranza è che non debba più ricorrere alle trasfusioni. Il virgolettato appartiene a Franco Locatelli, oncoematologo del Bambino Gesù e firmatario del primo lavoro sulla sperimentazione internazionale uscito da poco sul New England Journal of Medicine. Presto il Bambin Gesù potrebbe arruolare anche soggetti affetti da anemia falciforme, l’altra malattia inclusa nella sperimentazione CRISPR Therapeutics-Vertex Pharmaceuticals che, con l’aiuto di CRISPR, riattiva la produzione dell’emoglobina fetale per sopperire ai difetti dell’emoglobina adulta. Per saperne di più: il lavoro sul Nejm, l’articolo di Margherita Debac sul Corriere della sera, l’approfondimento di Rachele Mazzaracca su Osservatorio Terapie Avanzate, il link alle sperimentazioni con CTX001 nel database internazionale, le notizie sulla prima paziente americana trattata oltre un anno fa.