Il metodo CRISPR, Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, è quello che permette di modificare gli acidi nucleici di cui è costituito il genoma di tutti gli organismi viventi. Una scoperta che è valsa il premio Nobel per la chimica 2020 a Emmanuelle Charpentier e Jennifer Doudna per la loro capacità di “riscrivere il codice della vita”.
Ma il cosiddetto “editing genetico”, funzionando come un “correttore di bozze” del DNA, potrebbe rappresentare la vera terapia genica del futuro. E gli scienziati stanno ora sperimentando anche un test basato sul CRISPR per identificare il Coronavirus che provoca il COVID-19 in soli cinque minuti.
Come funziona il metodo CRISPR
La vera rivoluzione in questo campo è arrivata nel 2012 con la scoperta del sistema Crispr-Cas9. Nello studio pubblicato su Science nel 2012, Charpentier (Direttrice del Max Planck Unit for the Science of Pathogens a Berlino) e Doudna (Professoressa alla University of California) hanno dimostrato come la proteina Cas9 possa essere usata come una sorta di forbice molecolare in grado di tagliare un DNA bersaglio, con la possibilità di programmarla 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 o sostituire delle sequenze, andando ad esempio a correggere le mutazioni che causano malattie.
La programmazione del bersaglio di Cas9 avviene attraverso una molecola di RNA, chiamata RNA guida, che può essere facilmente modificata in laboratorio e, una volta associata a Cas9, agisce come una specie di guinzaglio, ancorandola alla sequenza di DNA bersaglio scelta.
Il sistema è stato identificato originariamente studiando i batteri, dove la proteina Cas9 svolge la sua funzione di forbice molecolare aiutando questi microorganismi a proteggersi da virus patogeni. Tra il 2012 e il 2013, poi, due gruppi di ricerca americani dell’Università di Berkeley e del MIT di Boston hanno per primi dimostrato che questa tecnologia può essere presa in prestito dai batteri per essere applicata come strumento biotecnologico per tagliare specifiche sequenze di DNA all’interno del genoma di una cellula non batterica.
Questa scoperta è stata una vera e propria rivoluzione per la ricerca biomedica, poiché per la prima volta si è riusciti a introdurre le modifiche desiderate nel genoma in modo semplice, efficace, veloce ed economico.
Le applicazioni
Il metodo Crispr-Cas9 in pochi anni si è diffuso nei laboratori di tutto il mondo e viene oggi impiegato sia per la ricerca di base che per scopi applicativi, compresi i test per identificare il Coronavirus.
Per la prima volta si è ipotizzato infatti il trattamento di tutta una serie di patologie a base genetica per cui prima non era neppure possibile concepire un approccio terapeutico. Ad oggi la ricerca nell’ambito dell’editing genomico spazia dalle malattie genetiche, in particolar modo quelle rare, ai tumori, passando per le malattie neurologiche come Alzheimer e Parkinson, fino alle malattie infettive. Il sistema CRISPR si sta inoltre studiando nel campo degli xenotrapianti, in particolare degli organi suini, per la terapia di malattie umane. In questo caso vengono inattivate porzioni estese del loro corredo genetico che potrebbero essere dannose per l’uomo quando parti del maiale, come le valvole cardiache, verranno trapiantate in pazienti cardiopatici.
È una nuova medicina, insomma, che si intravede all’orizzonte. Le prime applicazioni vengono dalle malattie del sangue dove è relativamente facile isolare le cellule malate, per correggerle e restituirle al paziente. Nel 2019, ad esempio, è stata sperimentata la correzione di cellule del sangue di pazienti con la beta-talassemia e anemia falciforme.
Un altro filone in rapida espansione, grazie alle tecnologie basate su CRISPR, è quello della diagnostica medica. Siccome il sistema riconosce sequenze specifiche di DNA o RNA, viene modificato per rivelare la presenza di tali sequenze in campioni biologici per identificare la presenza di infezioni. Da qui è stato semplice creare un test per identificare il Coronavirus che causa COVID-19, usando proprio CRISPR. Il vantaggio di questi tipi di test è che sono rapidi, economici e velocemente programmabili per adattarsi a nuovi patogeni.
Altro campo di applicazioni è poi quello della creazione di alimenti migliorati sotto qualche aspetto. Con CRISPR, ad esempio, si sono inattivati i geni che producono un composto tossico chiamato acrilamide che danneggia la produzione delle patate. Un’altra applicazione interessante è quella della produzione di grano tollerabile dai celiaci disattivando tutti i geni che portano alla produzione di glutine. Altri approcci permettono invece di inserire interi geni per ricostruire nuovi alimenti, come il golden rice, il riso OGM fortificato per produrre beta-carotene, precursore della vitamina A di cui molte diete sono deficienti.
Ma ci sono anche applicazioni per migliorare la sostenibilità ambientale. Craig Venter, il pioniere della biologia sintetica per scopi biotecnologici, ha inattivato ad esempio i geni presenti nel genoma di un tipo di alghe utilizzate per la produzione di biodiesel.Diverse aziende biotech stanno lavorando alla creazione di anticorpi contro il COVID-19 in laboratorio. L’idea è creare anticorpi “neutralizzanti”, disegnati per attaccarsi come un velcro alla superficie del virus, in modo da impedirgli di entrare nell’organismo. Altri ricercatori preferiscono “coltivare” gli anticorpi dal plasma delle persone guarite, con una tecnica già collaudata con un certo successo durante l’epidemia di Sars.
I farmaci vecchi e nuovi
In attesa di trovare un vaccino, si moltiplicano le ricerche per sviluppare nuovi farmaci e adattare quelli esistenti contro il Coronavirus. Nelle fasi iniziali della malattia è importante intervenire con farmaci antivirali, che fermano o rallentano la riproduzione del virus nel corpo.
Negli stadi più avanzati dell’infezione il problema è però affrontare le complicanze portate dal virus. Se la malattia non è diagnosticata in modo precoce o comunque non viene curata in modo efficace, il sistema immunitario tende a sovraccaricarsi e inizia ad attaccare le cellule del corpo. Sopprimere questa iper-reazione immunitaria è il focus dei farmaci per il trattamento delle fasi avanzate della malattia.
Gli ostacoli alla ricerca
Come tutti gli altri settori, anche il biotech non è immune agli effetti economici della pandemia. La produzione risente della chiusura di alcune fabbriche e della mancanza di materiali grezzi, molti test clinici sono stati sospesi a causa delle misure di lockdown e la commercializzazione di nuovi farmaci ha subìto un forte rallentamento a causa dell’impossibilità di effettuare vendite faccia a faccia. Nonostante questo, le ricerche procedono e sono proprio le innovazioni biotech a portare i principali raggi di speranza in questa fase di profonda incertezza.
