Articolo pubblicato in Bugnion News n.46 (Ottobre 2020) 

La pandemia di COVID-19 ci ha resi tutti più consapevoli della nostra incapacità ed impotenza nel controllare eventi estremi, come una pandemia da coronavirus. La mancanza di un test diagnostico rapido ha aiutato la diffusione della malattia e l’assenza di una terapia mirata rende i malati più vulnerabili e riduce la sopravvivenza. Tuttavia, in questi mesi abbiamo avuto anche notizie positive, come la scoperta che alcuni farmaci possono agire, anche se non in modo specifico, contro il nuovo coronavirus e l’avvento dei test rapidi, che in pochi minuti, anche se con affidabilità non elevatissima, restituiscono il risultato diagnostico.

È notizia di pochi giorni fa il conferimento del Premio Nobel per la Chimica a Emmanuelle Charpentier e a Jennifer A. Doudna, le due ricercatrici che hanno messo a punto la tecnica detta CRISPR/Cas9, che taglia-incolla il DNA (o l’RNA che è una copia del DNA utilizzata perlopiù per la sintesi delle proteine) e che permette di riscrivere il codice della vita. ll sistema CRISPR/Cas9 si basa sull’impiego della proteina Cas9, una sorta di forbice molecolare in grado di tagliare un DNA bersaglio, che può essere programmata per effettuare specifiche modifiche al genoma di una cellula, sia questa animale, umana o vegetale. A seguito del taglio introdotto da Cas9, attraverso opportuni accorgimenti, è infatti possibile eliminare sequenze di DNA dannose dal genoma bersaglio oppure è possibile sostituire delle sequenze, andando ad esempio a correggere delle mutazioni causa di malattie. Le forbici genetiche, che permettono di modificare il DNA, hanno aperto la via a molte terapie un tempo impossibili. La CRISPR/Cas9 scoperta da Emmanuelle Charpentier e Jennifer A. Doudna è uno degli strumenti più potenti oggi nelle mani dell’ingegneria genetica. Può infatti essere utilizzato come uno strumento di altissima precisione (forse più simile a un bisturi che a delle forbici molecolari) per modificare l’informazione genetica (DNA o RNA) di animali, piante e microrganismi. Presentata per la prima volta nel 2012, la tecnica ha permesso di rivoluzionare la ricerca nelle Scienze della vita, portandola in una nuova epoca, e ha finora contribuito ad aprire nuove strade per la cura di molte malattie, da alcune forme di tumore alla fibrosi cistica, fino ad avvicinare il sogno di curare le malattie ereditarie.

Come spesso è accaduto nella storia della scienza (un esempio su tutti, la scoperta della penicillina), anche la scoperta della CRISPR è avvenuta quasi per caso. Tutto era cominciato dalle ricerche di Emmanuelle Charpentier sul batterio Streptococcus pyogenes, responsabile di infiammazioni nell’uomo, in particolare con la scoperta di un frammento del patrimonio genetico utilizzato dal batterio come arma per combattere i virus. Nello stesso anno della scoperta, il 2011, Charpentier ha cominciato a collaborare con Jennifer Doudna per ricostruire in provetta l’arma del batterio, in modo da semplificarla, trasformandola in uno strumento più facile da utilizzare. In un solo anno le due ricercatrici hanno ottenuto delle forbici molecolari capaci di tagliare la molecola della vita, il DNA, e di farlo con precisione, in un determinato sito. Era subito chiaro che riuscire a tagliare il Dna in modo preciso avrebbe significato poter riscrivere il codice della vita. Dal 2012 la tecnica della CRISPR/Cas9 è utilizzata in tutto il mondo, in una vera e propria esplosione di applicazioni.

Quando una tecnologia diventa così importante, si scatenano attorno ad essa grandi interessi economici. Infatti, la tecnologia CRISPR è oggi oggetto di una disputa brevettuale senza precedenti, come già anticipato in un nostro articolo di qualche mese fa (https://www.bugnion.eu/it/la-guerra-dei-brevetti-crispr/). La fine di questa disputa è ancora molto lontana dalla conclusione… vi terremo aggiornati!

Come dicevamo all’inizio di questo articolo, la tecnica di “taglia e cuci” del DNA è diventata famosa per la possibilità di correggere mutazioni responsabili di alcune patologie e per gli studi sulla creazione di “super” organismi, come ad esempio polli immuni all’influenza aviaria o nuove varietà di pomodori con alcune caratteristiche migliorate. Ma le capacità di CRISPR non si limitano a questo. CRISPR, infatti, permetterebbe di diagnosticare infezioni in modo più semplice, rapido ed economico rispetto agli altri metodi diagnostici e i ricercatori vorrebbero migliorare la tecnica in modo da renderla più veloce nell’identificare agenti patogeni, specialmente durante le epidemie.

ELEMENTARE, WATSON! La Food and Drug Administration (FDA) americana ha garantito per uso emergenziale l’utilizzo di un test per COVID-19 che riconosce la presenza del virus nei tamponi nasali sfruttando la tecnica CRISPR. Il kit è stato sviluppato da un’azienda di biotecnologie di Cambridge (Massachusetts), la Sherlock Biosciences. SHERLOCK è l’acronimo di “Specific High-Sensitivity Enzymatic Reporter UnLOCKing“, una piattaforma per le applicazioni diagnostiche della tecnica nota per l’editing genetico. Anziché utilizzare l’enzima per tagliare il DNA (le forbici molecolari Cas9) si sfrutta una variante della proteina Cas13 che riconosce sequenze genetiche specifiche di virus, di geni che aiutano i batteri a sviluppare resistenza agli antibiotici o delle mutazioni genetiche che anticipano l’insorgenza di un tumore, e poi “dà l’allarme”. In questo caso il test va a caccia dell’RNA del coronavirus SARS-CoV-2 nel materiale estratto dal naso, dalla bocca, dalla gola o dal fluido polmonare del paziente: se è presente l’RNA virale, l’enzima produce un segnale fluorescente. La piattaforma di base SHERLOCK, un naso molecolare finissimo per analizzare campioni di sangue, saliva o urina, era già stata adattata per individuare il virus Zika e la dengue nel 2018, ma può essere facilmente riconfigurata per cercare altri virus.

Anche PAC-MAN contro il COVID-19. Non è un videogioco, ma un nuovo utilizzo della tecnica CRISPR per combattere il nuovo coronavirus messa a punto da un gruppo di bioingegneri della Stanford University. I ricercatori stavano lavorando insieme a un sistema per combattere l’influenza con la tecnologia di editing genetico CRISPR e, con l’avvento della pandemia, l’hanno prontamente riadattato per sfruttarlo contro il nuovo coronavirus. Insieme ai ricercatori del Lawrence Berkeley National Laboratory hanno sviluppato una tecnica chiamata “prophylactic antiviral Crispr in human cells” (Pac-man), in grado di disattivare il virus intercettando il suo codice genetico. Questa strategia è in grado di inibire il 90% dei coronavirus, incluso Sars-Cov2. Quella che abbiamo, al momento, è solo una prova di principio. Il sistema Pac-Man dovrà essere testato ulteriormente, anche nel modello animale, prima di poter passare alle sperimentazioni sull’uomo. Tra le altre cose, bisognerà trovare un vettore efficace per portare CRISPR dentro alle cellule (tra le ipotesi allo studio ci sono le nanoparticelle lipidiche).

Sherlock e Pac-Man potranno (speriamo presto) essere due alleati molto potenti contro la pandemia che sta affliggendo il mondo. La percezione è quella di aver trovato una tecnologia molto potente che consentirà anche alle future generazioni di combattere nuovi microorganismi patogeni per l’uomo e per le piante, e per curare patologie ad oggi senza terapia specifica, come molti tumori e moltissime malattie genetiche.

© BUGNION S.p.A. – Ottobre 2020