CRISPR/Cas9: le forbici genetiche che hanno rivoluzionato la scienza

Emmanuelle Charpentier e Jennifer Doudna vincono il premio Nobel per la chimica 2020 per lo sviluppo del sistema CRISPR-Cas per l’editing genetico

Quest’anno il premio Nobel per la chimica è stato assegnato a due scienziate, Emmanuelle Charpentier e Jennifer A. Doudna, per il loro contributo fondamentale nel rendere il sistema CRISPR/Cas9 il metodo più rapido ed efficace per l’editing genetico. È impossibile non aver sentito parlare di questa tecnica: le sue potenzialità applicative e le implicazioni etiche connesse al suo utilizzo l’hanno resa protagonista di numerosi servizi televisivi e articoli di giornale.

Dai batteri al bancone di laboratorio

Le prime evidenze sperimentali dell’esistenza del sistema CRISPR nei batteri risalgono al 1987, ad opera del microbiologo Francisco Mojica. Fu lui per primo ad identificare nel DNA batterico queste particolari sequenze palindrome con una struttura particolare e conservata. Per anni la loro funzione rimase ignota, finché non si scoprì che questi elementi fungono da “scaffali” di una libreria molto particolare. In questi scaffali, i batteri sono in grado di copiare e salvare sequenze di DNA virale, in modo da poterle usare in seguito come guida per riconoscere e resistere ad infezioni successive, usando l’enzima Cas come “forbice” molecolare per eliminare le sequenze virali. Pezzo per pezzo, come sempre succede nel mondo scientifico, laboratori di tutto il mondo cominciarono a decifrare il sistema CRISPR, che si rivelò essere una sorta di sistema immunitario batterico. La collaborazione tra Charpentier e Doudna portò nel 2012 a definire il meccanismo molecolare alla base del funzionamento di CRISPR/Cas e a dimostrare che il sistema era in grado di funzionare su DNA di qualunque specie.

CRISPR e l’editing genetico: dall’agricoltura…

Il fatto che il sistema CRISPR/Cas possa funzionare su qualunque specie – e in modo incredibilmente preciso rispetto alle tecniche tradizionali – ha dato uno slancio senza precedenti alla ricerca biologica. Tra questi rientra sicuramente lo sviluppo di colture geneticamente modificate, ampiamente demonizzato dall’opinione pubblica. Tradizionalmente, lo sviluppo degli OGM si basava sull’utilizzo di virus modificati, tramite cui si infettavano le piante per inserire/modificare geni di interesse, oppure sull’utilizzo di sostanze mutagene, per generare piante con nuove caratteristiche e selezionare in seguito quelle di interesse. Ovviamente queste tecniche richiedevano tempo e una quantità incredibile di analisi successive per assicurarsi che l’intervento genetico non risultasse nocivo per la salute umana. La precisione del sistema CRISPR risolve in gran parte il problema degli effetti collaterali legati all’editing genetico. Nel 2017 l’FDA (Food and Drug Administration) ha approvato l’entrata sul mercato di semi di lino con un alto contenuto di omega-3 e di soia resistente alla siccità, entrambi ottenuti tramite CRISPR.

…alla medicina

La più grande potenzialità di CRISPR riguarda ovviamente la sua applicazione in ambito medico. Le applicazioni sono realmente infinite: dalle malattie genetiche, ai tumori, a infezioni per cui ancora non esistono vaccini, come l’HIV. Basta pensare banalmente alle malattie genetiche, alcune delle quali sono talmente rare e letali da non poter essere studiate. Per quanto la ricerca medica continui a compiere passi da gigante, esistono ancora tante malattie per cui la cura non esiste e si va ad agire sull’arginare i sintomi. Portare l’editing genetico in clinica cambierebbe il mondo. Sono perciò in corso numerosi trial clinici. Alcuni di questi prevedono la manipolazione ex vivo delle cellule umane, che vengono prelevate dal paziente, modificate in laboratorio e poi re-introdotte (tra queste le famose CAR-T per la cura delle leucemie). Altri invece stanno testando l’applicazione in vivo ma siamo ancora agli albori.

Photo by National Cancer Institute on Unsplash

Implicazioni etiche sull’uso di CRISPR

A dispetto di ciò che si vuol far credere del mondo scientifico, esiste una regolamentazione ferrea sulla sperimentazione di nuovi prodotti biotecnologici sul mercato. Che siano colture, farmaci o nuove terapie, l’iter che va dalla ricerca in laboratorio al mercato non è affatto rapido. Non a caso nel 2018 è scoppiato uno scandalo mondiale, dopo che in Cina il biofisico He Jiankui ha annunciato di aver modificato geneticamente embrioni umani – poi impiantati – per far sì che non contraessero l’infezione da HIV di cui soffriva uno dei genitori. Oltre alla condanna morale da parte della comunità scientifica mondiale, a lui e ai colleghi è stata inflitta una forte pena pecuniaria, tre anni di reclusione e l’impossibilità di continuare ad esercitare la professione nell’ambito della medicina riproduttiva. Per le grandi rivoluzioni mediche ci vuole tempo. Bisogna assicurarsi che il sistema sia sicuro ed efficiente, che l’editing genetico sia preciso e selettivo, che le cellule modificate siano tollerate dall’organismo e non causino reazioni immunitarie incontrollate. Non a caso la Wold Health Organization ha istituito una commissione multi-disciplinare, che possa affrontare le tematiche legate all’editing genetico tenendo conto degli aspetti legali, scientifici e sociali.

La guerra per il brevetto

Il fatto che la Royal Swedish Academy abbia riconosciuto il contributo fondamentale di Charpentier e Doudna potrebbe avere un’importante implicazione sul piano legale. Da anni infatti è aperta una vera e propria guerra legale per quanto riguarda i diritti di brevetto. Le due ricercatrici hanno infatti pubblicato per prime la scoperta del funzionamento del sistema CRISPR su DNA non batterico ma è stato il gruppo guidato dal biochimico Feng Zhang a dimostrarne l’applicabilità sulle cellule eucariotiche, come quelle umane. Dopo quasi sei anni, ancora non si ha un verdetto. Chissà che questo premio Nobel non rimescoli le carte in tavola.