Il Nobel per la chimica a Charpentier e Doudna per la scoperta di Crispr-Cas9

“Le 'forbici genetiche' hanno portato le scienze della vita in una nuova epoca. Hanno portato nuove opportunità per il miglioramento genetico delle piante, stanno contribuendo a terapie antitumorali innovative e possono realizzare il sogno di curare le malattie ereditarie” scrive la Royal Swedish Academy of Sciences

nobel chimica crispr-cas9

“Trova e sostituisci”. È probabilmente la metafora che meglio può spiegare come funziona la rivoluzionaria tecnica di editing genetico Crispr-Cas9, che permette di modificare il Dna di animali, piante e microrganismi con estrema precisione. Le cui scopritrici, Jennifer Doudna ed Emmanuelle Charpentier, il 7 ottobre sono state insignite del premio Nobel per la chimica 2020.

Nate appena otto anni fa, quelle che la Royal Swedish Academy of Sciences – che ogni anno assegna i premi Nobel – chiama le “forbici genetiche in grado di riscrivere il codice della vita” stanno rivoluzionando la Life science. “Da quando Charpentier e Doudna hanno scoperto Crispr-Cas9 nel 2012, il loro utilizzo è esploso. Le forbici genetiche hanno portato le scienze della vita in una nuova epoca e, in molti modi, stanno apportando il massimo beneficio all’umanità” scrive l’Accademia. “La scoperta ha portato nuove opportunità per il miglioramento genetico delle piante, sta contribuendo a terapie antitumorali innovative e può realizzare il sogno di curare le malattie ereditarie”.

Crispr-Cas9, una scoperta casuale da premio Nobel

La storia di questa scoperta ha inizio nel 2011, quando Emmanuelle Charpentier – all’epoca all’Università di Umeå in Svezia, oggi direttrice del Max Planck Institute for Infection Biology di Berlino – è alle prese con un lavoro sulla capacità dello Streptococcus pyogenes di neutralizzare i virus, per cercare di sviluppare nuovi antibiotici. Scopre invece, per caso, una molecola precedentemente sconosciuta, il tracrRNA, che fa parte dell’antico sistema immunitario dei batteri, Crispr-Cas9, che è in grado di rompere il Dna dei virus e contrastarli. Charpentier pubblica il lavoro nel 2011 e in quello stesso anno contatta Jennifer Doudna, biochimica dell’Università della California di Berkeley, esperta di Rna.

Si incontrano in un caffè a Puerto Rico, dove tutto ha inizio. Iniziano a collaborare e capiscono che le Crispr-Rna (dove Crispr indica le “clustered regularly interspaced short palindromic repeats”, brevi ripetizioni palindrome raggruppate e separate a intervalli regolari) studiate da Doudna, insieme al tracrRNA, fuse insieme nella molecola di Rna-guida, sono necessarie per identificare il Dna di un virus e che Cas9 è la “forbice” che può tagliare il genoma. L’anno seguente pubblicano un lavoro in cui mostrano di essere riuscite a riprogrammare il sistema Crispr-Cas9 in laboratorio, in modo da riuscire a dirigerlo su un sito predeterminato di qualsiasi Dna e modificare così il codice genetico.

Come funziona Crispr-Cas9

Il complesso Crispr-Cas9 quindi è in grado di individuare un punto preciso del genoma per poi correggerlo, sostituirlo o cancellarlo. Per farlo sfrutta una serie di proteine chiamate endonucleasi (in cui rientra anche la Cas9, la più conosciuta, ma è possibile usarne anche altri) che sono in grado di tagliare in punti precisi la doppia elica del Dna, proprio come delle forbici. Per dirigere la proteina sulla sequenza desiderata si utilizza un “veicolo”: una sequenza di Rna complementare al Dna che si vuole correggere o inattivare. Si forma così un complesso Rna-caspasi che arriva nel punto voluto e taglia. Poi attraverso un meccanismo proprio della cellula che è in grado di ripararsi naturalmente, il genoma si aggiusta da solo.

Ma non è l’unica possibilità che la tecnica offre.L’editing genico infatti oggi permette anche di ridurre la funzione di un gene, la cui espressione in eccesso contribuisce allo sviluppo di una patologia. O ancora correggere mutazioni dannose sostituendo il gene difettoso con quello corretto.

Le applicazioni mediche…

A soli otto anni dalla sua scoperta, Crispr-Cas9 è già nota per il suo impatto in diversi settori.  È già arrivata alla fase clinica per verificarne l’efficacia nel trattare malattie del sangue come l’anemia falciforme e la beta talassemia, ma anche malattie ereditarie degli occhi. Inoltre sono in corso studi per usare la tecnica di editing genetico per lo sviluppo di nuove immunoterapie in oncologia.

Mentre esperimenti preclinici, condotti su animali, hanno dimostrato che potrebbe essere utile anche per curare  malattie come la distrofia muscolare, l’atrofia muscolare spinale (Sma) e la malattia di Huntington, trasportando il complesso Crispr-Cas9 con un vettore virale, all’interno delle cellule bersaglio. Un approccio questo che necessità però di ulteriori studi, prima di poter essere testato sugli esseri umani. La stessa Doudna è convinta che entro il 2025 si avranno le prime approvazioni e la tecnica arriverà in clinica a disposizione degli adulti. Le prime applicazioni inoltre, secondo la scienziata, riguarderanno proprio le malattie del sangue dove è più facile convogliare la tecnologia rispetto ai tessuti solidi.

…e agricole

Non solo, la scoperta trova applicazione anche in agricoltura, nel miglioramento genetico delle piante. Grazie ad essa i ricercatori possono fornire alle piante caratteristiche specifiche, come la capacità di resistere alla siccità in un clima più caldo, di non assorbire metalli pesanti dal suolo e resistere a insetti e parassiti che altrimenti dovrebbero essere trattati con pesticidi. In questi anni, scienziati in tutto il mondo, hanno anche trasformato pomodori in varianti senza semi, creato un frumento senza glutine e funghi che non diventano marroni quando invecchiano. La preferenza verso Crispr è scontata: è più veloce, economica e precisa rispetto alle modifiche genetiche convenzionali. Inoltre permette di modificare le colture senza aggiungere geni da altri organismi.

Le questioni etiche di Crispr-Cas9

Uno dei motivi per cui Crispr-Cas9 ha fatto tanto parlare di sé sono anche le implicazioni etiche. Potrebbe infatti essere usata anche per correggere geni difettosi negli embrioni umani impedendo ai bambini di ereditare gravi malattie. Ma con la differenza – rispetto alle cellule adulte – che una modifica delle linee germinali verrebbe trasmessa in eredità anche alle generazioni successive. Con chissà quali conseguenze. Proprio lo scorso marzo aveva fatto discutere la vicenda di He Jiankui, genetista dell’Home Women’s and Children’s Hospital di Shenzhen, in Cina, che aveva detto di aver modificato il Dna delle linee germinali di due bambine per renderle resistenti al virus dell’Hiv, proprio grazie a Crispr-Cas9.

Un intervento che aveva suscitato moltissime perplessità non solo perché avvenuto contravvenendo a varie norme e disposizioni che regolano una corretta sperimentazione clinica, ma soprattutto perché da molti ritenuto prematuro rispetto a una reale comprensione del rapporto tra rischi e benefici. Motivo per cui un gruppo internazionale di scienziati e bioeticisti aveva chiesto una moratoria di 5 anni sulle sperimentazioni cliniche dell’editing genetico su gameti ed embrioni umani destinati all’impianto nell’uomo. Invitando la comunità scientifica a una presa di responsabilità di fronte alle controverse applicazioni di una tecnica dalle grandi potenzialità, ma su cui c’è ancora tanto da studiare.