Alla ricerca della kryptonite capace di fermare il CRISPR
I più potenti strumenti di gene editing hanno il potenziale di guarire — o fare danni. È partita la corsa allo sviluppo di un antidoto contro la prossima arma biologica.
di Antonio Regalado 04-05-19
Jennifer Doudna, biochimica della University of California, è divenuta famosa in qualità di co-inventrice del CRISPR, il veloce e semplice strumento di gene editing. È la fondatrice di numerose società startup ed ha raccolto milioni di dollari in premi scientifici.

Il CRISPR è stato osservato per la prima volta nei batteri. È un sistema di difesa vecchio miliardi di anni capace di individuare il DNA di virus predatori e di utilizzare proteine per tagliarlo. La Doudna ha giocato un ruolo chiave nel trasformare la scoperta in uno strumento di gene-editing rivoluzionario che sta promuovendo in tutto il mondo nuove ricerche e potenziali cure.

Nel suo libro, A Crack in Creation, però, ha anche descritto il dubbio che il CRISPR possa essere utilizzato per scopi nefasti, come accaduto nel caso dell'energia nucleare. Nel settembre 2016, ha cominciato a comporre una squadra di scienziati interessata a scoprire come fermare il CRISPR, a partire dalla sua collega Kyle Watters.

Qualche mese prima, il governo statunitense aveva catalogato il gene editing come potenziale arma di distruzione di massa. In settembre, la Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) lanciò un programma mirato ad individuare metodi per controllare o invertire gli effetti delle tecnologie di gene editing. Il programma, chiamato Safe Genes, ha ricevuto un budget di $65 milioni, uno dei più importanti investimenti nella ricerca sul CRISPR al di fuori delle startup biotech dedicate allo sviluppo di nuovi trattamenti genetici.

Uno dei problemi identificati dalla DARPA è l'assenza di contromisure o antidoti al CRISPR. La necessità di una contromisura si acuisce con il progredire delle capacità dello strumento di gene editing. In un comunicato del 2017 emesso dalla UC Berkeley dopo che Doudna e Watters ottennero parte del contratto DARPA, l'università si impegnò a studiare strumenti per contrastare minacce di bioterrorismo, tra cui “armi costruite con il CRISPR.”

La DARPA ha chiesto agli scienziati selezionati di creare trattamenti profilattici o persino pillole capaci di fermare il gene editing, alla stregua degli antibiotici che si prendono contro l'antrace. La squadra di scienziati della Doudna è prossima ad iniziare test su topi per determinare se sia possibile rendere i roditori immuni al CRISPR.

Un importante indizio scoperto dai ricercatori per fermare il CRISPR è stato ottenuto dall'osservazione dello scontro tra i batteri ed i virus batteriologi che li infettano. I virus hanno infatti sviluppato un proprio antidoto contro il CRISPR, una sorta di kryptonite del CRISPR, piccole proteine finemente raffinate dall'evoluzione e capaci di disabilitare lo strumento di gene editing a cui è stato dato il nome di “anti-CRISPR.”

Le prime molecole anti-CRISPR furono scoperte nel 2013 da uno studente della University of Toronto di nome Joseph Bondy-Denomy. “Abbiamo scoperto che alcuni fagi sembrano essere immuni al CRISPR. Inserito il virus in una cellula, il battere non era in grado di proteggersi,” spiega Bondy-Denomy, ora professore alla University of California, San Francisco. Bondy-Demony identificò velocemente l'origine dell'immunità in uno dei 50 geni del virus.
Il numero di laboratori che sta studiando queste difese è minimo rispetto al numero di laboratori che sta sviluppando applicazioni del CRISPR stesso, ma la ricerca sulle anti-CRISPR è in crescita e sono state ormai identificate più di 40 proteine, molte delle quali proprio nel laboratorio della Doudna.

Altre squadre hanno individuato con successo sostanze chimiche convenzionali capaci di inibire il CRISPR. Amit Choudhary, della Harvard Medical School di Boston, sempre finanziato dalla DARPA, ha trovato due farmaci capaci di prevenire il gene-editing quando mescolato con le cellule umane. “Il tratto caratteristico di qualunque tecnologia potente è il controllo,” spiega Choudhary.

Ricercatori come Bondy-Denomy sono convinti che le anti-CRISPR possano migliorare i trattamenti di gene-editing del futuro dando ai ricercatori la possibilità di esercitare un maggiore controllo. Una squadra in Germania, per esempio, ha dimostrato che combinando CRISPR e anti-CRISPR, è possibile creare uno strumento mirato ad apportare modifiche al DNA delle sole cellule del fegato.

Un altro studio in corso riguarda le possibilità di usare le anti-CRISPR come strumenti di salvaguardia contro i “gene drive.” La Bill & Melinda Gates Foundation sta sostenendo lo sviluppo di uno strumento CRISPR con il potenziale di diffondersi tra le zanzare e portarle all'estinzione per prevenire la malaria.
Esiste il rischio di perdere il controllo di queste tecnologie e portare all'estinzione di una specie, ma i ricercatori stanno valutando la possibilità di dotare il genoma degli organismi con anti-CRISPR che possano renderli immuni. L'anno scorso, scienziati in Kansas hanno dato prova della procedura progettando cellule di lievito dotate di anti-CRISPR e resistenti ai gene drive.

L'avvento del CRISPR nel 2012 prese di sorpresa la comunità scientifica. Tecniche di manipolazione genetica grezze e costose vennero velocemente sostituite da uno strumento semplice, economico e versatile, capace di modificare il DNA di qualunque essere vivente. Anche le menti deputate a prevedere nuovi pericoli non furono in grado di immaginare il CRISPR, spiega Renee Wegrzyn, specialista in biodifesa a capo del programma DARPA. Ora del 2015, la Doudna stessa cominciò ad avere dubbi su come il CRISPR stava venendo utilizzato. Alcuni degli esperimenti in corso sembravano pericolosi. “Questa tecnologia è stata rilasciata nel mondo senza un protocollo di sicurezza,” spiega Wegrzyn. Secondo la Wegrzyn, la natura pericolosa del CRISPR era evidente sin dall'inizio. Gli scienziati ne fecero immediatamente uso per creare topi malati tagliando via geni importanti.

Non c'è ancora un accordo su quanto pericoloso possa essere il CRISPR, ma dietro richiesta del dipartimento per la difesa statunitense, le National Academies of Sciences, Engineering and Medicine, stilarono nel 2016 un elenco dei possibili pericoli della biologia di sintesi, tra cui il CRISPR.
Ciononostante, la Doudna invita a non esagerare con i timori sul CRISPR. “E' altrettanto probabile che qualcuno sintetizzi il virus del vaiolo,” spiega. Altri sono convinti che la necessità di un antidoto sia urgente. Alcuni scienziati cercano di prevenire l'apertura di ogni dialogo su alcune specifiche applicazioni del CRISPR, cancellandone persino la menzione da internet, in attesa che vengano sviluppate delle contromisure.

Uno dei laboratori coinvolti nelle ricerche della Doudna, presso i Sandia National Laboratories in California, utilizza topi dotati sin dalla nascita, ed in ogni cellula, delle forbici molecolari del CISPR, le proteine Cas9. Secondo Joseph S. Schoeniger, responsabile di uno di questi laboratori, i ricercatori sono prossimi ad ordinare ai topi di modificare il proprio genoma. I topi saranno prima inoculati con molecole anti-CRISPR, per testarne la capacità di fermare il processo negli animali. Schoeniger crede che, a fronte del diffuso utilizzo industriale del CRISPR, “il rischio di esposizioni accidentali ad agenti CRISPR sia alto”. L'esistenza di un antidoto potrebbe anche mitigare l'interesse di personaggi malintenzionati.

Ciononostante, Schoeniger non si illude che il pericolo posto dal CRISPR possa essere eliminato dall'esistenza di un antidoto. Le difficoltà sulla sicurezza aumentano con ogni miglioria apportata allo strumento, ogni variante inventata. Gli scienziati stessi sono frastornati dall'incredibile velocità con cui il gene editing, e la biologia di sintesi nel suo complesso, si stanno evolvendo, anche grazie alla possibilità di diffonndere ogni nuova informazione immediatamente online. Imparare a bloccare il CRISPR nella sua forma più semplice e classica è un buon punto di partenza.