Rivoluzionato il metodo Crispr

Crispr/Cas è sulla bocca di tutti. Questo metodo biotecnologico consente di rimuovere, sostituire o modificare con precisione singoli geni nelle cellule in modo relativamente facile e veloce. Da qualche anno i ricercatori sono anche in grado di utilizzare le tecnologie basate su Crispr/Cas per aumentare o ridurre in modo specifico l'attività di singoli geni. In breve tempo, questi metodi si sono affermati in tutto il mondo, sia nella ricerca biologica di base che in aree applicate come la riproduzione delle piante.

Finora i ricercatori hanno potuto modificare un solo gene alla volta con questo metodo; in rari casi è stato anche possibile modificare due, tre o, in un singolo caso, sette geni contemporaneamente. Tuttavia, Randall Platt, professore presso il Dipartimento biosistemi e ingegneria dell'ETH di Zurigo a Basilea, e il suo team hanno ora sviluppato un approccio con il quale - come hanno dimostrato negli esperimenti - è possibile modificare contemporaneamente 25 siti all'interno del genoma di una cellula. E non è tutto. Questo numero può essere aumentato ulteriormente, fino a decine o addirittura centinaia di geni, dice Platt. In ogni caso, il metodo ha un enorme potenziale per la ricerca biomedica e la biotecnologia. "Grazie a questo nuovo strumento, noi e altri scienziati possiamo ora realizzare ciò che prima avevamo solo sognato".

Riprogrammazione mirata e massiva delle cellule

I geni e le proteine interagiscono tra loro in molti modi diversi e formano delle reti. Tali reti, composte da decine di geni, consentono la diversità cellulare in un organismo. Sono responsabili, ad esempio, della differenziazione delle cellule precursori in cellule nervose o immunitarie. "Con il nostro metodo, per la prima volta possiamo modificare in modo specifico intere reti di geni in un solo passaggio", spiega Platt.

? anche possibile programmare le cellule in modo complesso e su vasta scala: L'attività di alcuni geni può essere aumentata e quella di altri ridotta. Anche i tempi di questo cambiamento di attività possono essere controllati con precisione.

Questo è interessante, ad esempio, nella ricerca fondamentale per scoprire perché diversi tipi di cellule si comportano in modo diverso o per studiare malattie genetiche complesse. Può anche essere utilizzato per la terapia di sostituzione cellulare, in cui le cellule danneggiate vengono sostituite con cellule sane. I ricercatori possono utilizzare il metodo per trasformare le cellule staminali in cellule differenziate, come le cellule nervose o le cellule beta che producono insulina, o viceversa, per produrre cellule staminali da cellule cutanee differenziate.

Enzima Cas con doppia funzione

Il metodo Crispr/Cas richiede un enzima chiamato Cas e una piccola molecola di RNA. La sequenza di blocchi di RNA serve come "etichetta di indirizzo" per indirizzare l'enzima esattamente al sito di azione previsto sui cromosomi. Gli scienziati dell'ETH hanno creato un plasmide (una molecola di DNA a forma di anello) che contiene le informazioni di costruzione dell'enzima Cas e - messe insieme - le informazioni di costruzione di un gran numero di molecole di indirizzo RNA, in altre parole un elenco di indirizzi più lungo. Nei loro esperimenti, i ricercatori hanno introdotto questo plasmide in cellule umane e hanno dimostrato che diversi geni possono essere modificati e regolati in questo modo.

Per la nuova tecnica, gli scienziati non hanno utilizzato l'enzima Cas9, solitamente impiegato nei precedenti metodi Crispr/Cas, ma l'enzima correlato Cas12a. Quest'ultimo è in grado non solo di modificare i geni, ma anche di tagliare singole "etichette di indirizzo" dal lungo "elenco di indirizzi dell'RNA". Cas12a riesce anche a gestire molecole di indirizzi di RNA più corte rispetto a Cas9. "E quanto più corte sono queste sequenze di indirizzi, tanto più se ne possono impacchettare su un plasmide", afferma l'ETH professor Platt.