Progressi riguardanti le tecniche genetiche CRISPR migliorano le possibilità per le loro applicazioni

Molecola CRISPR vista alla microscopia crioelettronica (Immagine cortesia Liao lab/Harvard Medical School)
Molecola CRISPR vista alla microscopia crioelettronica (Immagine cortesia Liao lab/Harvard Medical School)

Due articoli pubblicati sulla rivista “Cell” descrivono due diverse ricerche accomunate dal fatto di riguardare uno dei sistemi di modifica del DNA conosciuto come CRISPR e in particolare quello conosciuto come CRISPR-Cas3. Un team di scienziati della Harvard Medical School e della Cornell University ha generato una ricostruzione quasi a livello atomico di CRISPR che rivela passi chiave del suo meccanismo di funzionamento. Un team di scienzati della University of Texas at Austin e della Cornell University ha compiuto un passo importante verso la sicurezza delle applicazioni mediche dei sistemi CRISPR.

L’acronimo CRISPR (clustered regularly interspaced short palindromic repeats) si riferisce a segmenti di DNA procariotico che contengono brevi sequenze ripetute. L’espressione CRISPR/Cas si riferisce a un sistema immunitario procariotico che conferisce resistenza a elementi genetici estranei. Il sistema CRISPR/Cas viene usato nell’ingegneria genetica e l’enzima Cas3 (CRISPR associated protein 3), uno dei vari sottotipi scoperti, si è evoluto nei batteri della specie Streptococcus thermophilus come parte del loro sistema immunitario.

Ci sono già stati usi di vari sottotipi del sistema CRISPR/Cas che vanno dalla manipolazione del DNA di batteri alla sperimentazione di terapie genetiche a scopo medico. Ci sono però ancora dubbi e di conseguenza preoccupazioni riguardo ad alcuni aspetti dei suoi meccanismi di funzionamento. Per questo motivo, varie ricerche sono state compiute per indagare su quei meccanismi e cercare di migliorare la sicurezza degli interventi di modifica genetica.

Il team di Harvard e Cornell ha utilizzato la tecnica della microscopia crioelettronica (in inglese cryo-electron microscopy, cryo-EM), una tecnica di microscopia elettronica a trasmissione (in inglese indicata come TEM) che offre una risoluzione quasi atomica. Viene utilizzata anche per lo studio di proteine ad alta simmetria e può essere applicato a segmenti di DNA come CRISPR.

Questa tecnica è stata affiancata ad altre tecniche biochimiche per ricostruire CRISPR Cascade, il complesso proteico per la cattura dei pezzi di DNA e per l’enzima Cas3 per tagliare il DNA, in vari stati di funzionamento. In questo modo è stato possibile ricostruire il processo di “taglia e cuci” compiuto da Cas3 a una risoluzione di 3,3 angstrom, circa 3 volte il diametro di un atomo di carbonio.

Il team di University of Texas at Austin e Cornell ha invece sviluppato un modo per testare rapidamente una molecola CRISPR nell’intero genoma di una persona per verificare la possibilità che interagisca con segmenti di DNA diversi dal loro obiettivo. Chiamato CHAMP (Chip Hybridized Affinity Mapping Platform), questo test è incentrato su una tecnica di sequenziamento genetico già ampiamente utilizzata nel campo della ricerca e anche in quello medico.

I ricercatori hanno adattato quella tecnica affinché permetta di fornire dettagli sull’interazione di CRISPR con il genoma. In sostanza si tratta di un’estensione dell’utilizzo di una tecnica già esistente che ha fornito risultati a volte sorprendenti. Ad esempio, la molecola Cascade presta meno attenzione a ogni terza lettera di una sequenza di DNA rispetto alle altre, una caratteristica dovuta alla sua origine come parte di un sistema immunitario.

Progressi come quelli ottenuti grazie a queste due ricerche permetteranno di migliorare l’applicazione delle tecniche CRISPR. La sperimentazione nel campo dell’ingegneria genetica è ancora nelle sue fasi iniziali e giustamente c’è molta prudenza ma una maggior conoscenza dei meccanismi di funzionamento e soprattutto una maggior sicurezza porteranno a miglioramenti nelle sue applicazioni mediche.

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