Questa illustrazione accompagna la rassegna firmata da Jennifer Doudna insieme a Joy Y. Wang sul numero di Science del 18 gennaio. Titolo “Tecnologia CRISPR: un decennio di editing genomico è solo l’inizio“. Nei dieci anni trascorsi dall’invenzione della tecnica, gli sforzi sono stati orientati a perfezionare le piattaforme per inattivare i geni bersaglio, usarle per creare topi e altri animali modello per lo studio delle malattie umane, fare screening genetici ed editing multipli. Le applicazioni in medicina e agricoltura stanno già iniziando a concretizzarsi e serviranno come base di partenza per le innovazioni del prossimo decennio.
L’ultima sfida è proteggere il tessuto cardiaco dai danni causati dall’infarto. Ma sono centinaia le malattie devastanti che colpiscono il miocardio o altri muscoli e sono causate da mutazioni che potrebbero essere corrette con l’editing genetico. Dalla distrofia di Duchenne alle cardiomiopatie, alcuni risultati preliminari fanno ben sperare.
Il modello classico di CRISPR taglia il DNA. Altre versioni recidono l’RNA. Ma adesso nella cassetta degli attrezzi delle nuove biotecnologie potrebbe arrivare uno strumento che prende di mira le proteine: una caspasi guidata da CRISPR, già ribattezzata Craspasi. Quello che resta costante è che tutti questi strumenti sono programmabili, grazie alla molecola guida che individua il bersaglio desiderato. Non fanno come i trituradocumenti, piuttosto agiscono come bisturi. Eliminare selettivamente le proteine, unendo i poteri di programmabilità di CRISPR con la capacità di tagliare le proteine delle caspasi, potrebbe essere molto utile sia per la ricerca di base che per quella applicata.
La natura offre un ricco repertorio di enzimi e i laboratori fanno a gara per perfezionarli. Ecco gli ultimi arrivati nella cassetta degli attrezzi per l’editing genomico.
Dopo che Jennifer Doudna ed Emmanuelle Charpentier hanno inventato CRISPR, meritandosi il Nobel, altri ricercatori si sono dati da fare per reinventarla, sviluppandone nuove varianti che promettono di fare più cose e farle meglio. Una delle menti più creative impegnate in questa attività di riprogettazione molecolare è il ricercatore di origine cinese Lei Stanely Qi. Il suo laboratorio all’Università di Stanford è diventato una miniera di novità. Suo è stato il primo modello di CRISPR con le forbici disattivate deliberatamente, per trovare il bersaglio senza tagliare (dCas). Sua è anche l’ultima arrivata: una Cas miniaturizzata per poter entrare più facilmente nelle cellule di cui si vuole modificare il genoma. (Continua su Osservatorio terapie Avanzate)
Da decine di migliaia di anni la specie umana se ne sta seduta su un ramo periferico dell’albero della vita, senza parenti più prossimi dello scimpanzé. Siamo letteralmente gli unici uomini e le uniche donne al mondo. Ma c’è stato un tempo non molto lontano in cui i nostri antenati diretti condividevano il pianeta con altri tipi di Homo. Con alcuni ci siamo persino incrociati. Cosa ci distingue da loro? Perché solo noi abbiamo creato i palazzi rosa di Jaipur, Guerra e pace, i razzi per Marte?
Il titolo è lo stesso – “The human genome” – e i numeri delle due riviste sono entrambi da collezione. Nature sfoggia in copertina il fotomosaico di una doppia elica, costruito assemblando tante minuscole foto di donne e di uomini. Come a dire: il DNA siamo noi ed è di tutti. La cover scelta da Science è più patinata, con i volti di sei persone diverse per etnia, sesso ed età, disposti in modo da alludere vagamente ad un intreccio. Sullo sfondo della mia copia spiccano pochi segni tracciati a pennarello. Si tratta dell’autografo di Craig Venter, lo scienziato che nel 1998 con la sua company Celera Genomics ha osato sfidare il consorzio internazionale dello Human Genome Project, costringendolo ad accelerare il passo. Purtroppo non ho la firma di Francis Collins, che nel 1993 ha preso il posto di James Watson a capo dello sforzo pubblico e ha portato a termine l’impresa. È lui l’altro protagonista della gara che sul finire degli anni ’90 ha appassionato scienziati e osservatori, per poi concludersi diplomaticamente in un pari e patta. (Continua su Le Scienze)
La mia copia dello storico numero di Science sul genoma umano (16 febbraio 2001), autografata dallo sfidante dello Human Genome Project, l’inimitabile Craig Venter. Sono passati 20 anni da quel traguardo, e vien da sé che senza la genomica non ci sarebbe neanche CRISPR!
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.
Esce oggi su Science un intervento firmato da 25 studiosi che propongono un esperimento inedito di tipo sociale. Far discutere delle problematiche relative all’editing un gruppo di un centinaio di persone che avrebbe l’onore e l’onere di rappresentare le opinioni del mondo. Scelti per rappresentare la popolazione globale in tutta la sua diversità, dovrebbero essere uomini e donne di ogni continente, differenti per età, livello di istruzione, appartenenze socio-culturali. Un po’ focus group, un po’ assemblea di condominio globale, un po’ super-giuria popolare.
Con qualche giorno di ritardo segnalo l’uscita del nuovo, atteso rapporto sull’editing germinale. Anzi no, sull’editing ereditabile (in coda al post spiego il perché di questo cambiamento lessicale). In breve, il rapporto si concentra sugli aspetti tecnici dell’editing effettuato ai primi stadi embrionali (e in futuro probabilmente anche nelle cellule sessuali che andranno a formare l’embrione), senza soffermarsi sulle questioni bioetiche e sociali.
CRISPeR MANIA 