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CRISPR funziona anche con i marsupiali

Il loro complesso sistema riproduttivo ha reso difficile per gli scienziati applicare finora lo strumento di modifica genetica. Un opossum albino dimostra che la situazione è cambiata.

di Casey Crownhart 22-07-21

CRISPR è stato utilizzato per modificare i geni di qualsiasi cosa, dai pomodori agli esseri umani. A causa della loro biologia riproduttiva unica e della loro relativa rarità negli ambienti di laboratorio, tuttavia, i marsupiali erano sfuggiti alla corsa al CRISPR, fino ad ora. Un team di ricercatori del Riken Institute giapponese, una struttura di ricerca nazionale, ha utilizzato la tecnologia per modificare i geni di una specie sudamericana di opossum. 

I risultati sono stati descritti in un nuovo studio pubblicato su “Current Biology”. La capacità di modificare i genomi dei marsupiali potrebbe aiutare i biologi a saperne di più sugli animali e usarli per studiare le risposte immunitarie, la biologia dello sviluppo e persino malattie come il melanoma. “Sono entusiasta di vedere questo documento. È un risultato che non pensavo si sarebbe raggiunto durante la mia vita", afferma John Vandeberg, un genetista dell'Università del Texas Rio Grande Valley, che non è stato coinvolto nello studio.

Le difficoltà di modificare geneticamente i marsupiali avevano meno a che fare con CRISPR che con le complessità della biologia riproduttiva dei marsupiali, afferma Hiroshi Kivonari (link in giapponese), l'autore principale del nuovo studio. Mentre i canguri e i koala sono più noti, i ricercatori che studiano i marsupiali usano spesso gli opossum negli esperimenti di laboratorio, poiché sono più piccoli e più facili da seguire. Gli opossum grigi dalla coda corta, le specie utilizzate nello studio, sono imparentati con gli opossum nordamericani dalla faccia bianca, ma sono più piccoli e non hanno una sacca.

I ricercatori di Riken hanno utilizzato CRISPR per eliminare, o silenziare, un gene che codifica per la produzione di pigmenti. Mirare a questo gene significava che se gli esperimenti avessero funzionato, i risultati sarebbero stati ovvi a colpo d'occhio: gli opossum sarebbero stati albini se entrambe le copie del gene fossero state eliminate e screziate, o a mosaico, se una singola copia fosse stata eliminata.

La cucciolata risultante includeva un opossum albino e un opossum a mosaico (nella foto). I ricercatori hanno anche allevato i due, il che ha portato a una cucciolata di opossum completamente albini, dimostrando che la colorazione era un tratto genetico ereditato.

I ricercatori hanno dovuto superare alcuni ostacoli per modificare il genoma dell'opossum. In primo luogo, hanno dovuto calcolare i tempi delle iniezioni di ormoni per preparare gli animali alla gravidanza. L'altra sfida era che le uova marsupiali sviluppano uno spesso strato attorno a loro, chiamato guscio mucoide, subito dopo la fecondazione. Ciò rende più difficile iniettare il trattamento CRISPR nelle cellule. Nei primi tentativi, gli aghi non penetravano nelle cellule o le danneggiavano in modo che gli embrioni non riuscivano a sopravvivere, dice Kiyonari.

I ricercatori si sono resi conto che sarebbe stato molto più facile fare l'iniezione in una fase precedente, prima che il rivestimento intorno all'uovo diventasse troppo duro. Cambiandio gli orari delle luci nei laboratori, i ricercatori hanno fatto accoppiare gli opossum più tardi la sera in modo che le uova fossero pronte per essere lavorate al mattino, circa un giorno e mezzo dopo.

I ricercatori hanno quindi utilizzato uno strumento chiamato trapano piezoelettrico, che utilizza la carica elettrica per penetrare più facilmente nella membrana. Questo li ha aiutati a iniettare gli ormoni nelle cellule senza danneggiarle. "Penso che sia un risultato incredibile", afferma Richard Behringer, un genetista dell'Università del Texas. 

Gli opossum sono usati come animali da laboratorio dagli anni 1970 e i ricercatori hanno tentato di modificare i loro geni per almeno 25 anni, afferma VandeBerg, che ha iniziato a provare a creare la prima colonia di opossum da laboratorio nel 1978. Sono stati anche i primi marsupiali ad avere il loro genoma completamente sequenziato, nel 2007.

La biologia comparata spera che la capacità di modificare geneticamente gli opossum aiuterà a conoscere meglio alcuni degli aspetti unici della biologia dei marsupiali che devono ancora essere decodificati. "Troviamo geni e genomi marsupiali che non conoscevamo, quindi questo crea un po' di mistero su ciò che stanno facendo", afferma Rob Miller, un immunologo dell'Università del New Mexico, che utilizza gli opossum nella sua ricerca.

La maggior parte dei vertebrati ha due tipi di cellule T, uno dei componenti del sistema immunitario (e le lucertole ne hanno solo un tipo). Ma i marsupiali, inclusi gli opossum, ne hanno un terzo tipo e i ricercatori non sono sicuri di cosa facciano o di come funzionino. Essere in grado di rimuovere le cellule e vedere cosa succede, o mettere fuori gioco altre parti del sistema immunitario, potrebbe aiutarli a capire cosa sta facendo questa cellula misteriosa, dice Miller.

Gli opossum sono anche usati come modelli per alcune malattie umane. Sono tra i pochi mammiferi che si ammalano di melanoma (un cancro della pelle) come gli umani. Un'altra caratteristica interessante degli opossum è che nascono dopo soli 14 giorni, sotto forma di poco più di palle di cellule con avambracci per aiutarli a strisciare sul petto della madre. Queste piccole gelatine sviluppano poi i loro occhi, gli arti posteriori e una buona parte del loro sistema immunitario dopo che sono già nel mondo.

Poiché gran parte del loro sviluppo avviene dopo la nascita, studiare e manipolare la loro crescita potrebbe essere molto più facile che fare un lavoro simile in altri animali da laboratorio come i topi. Kiyonari afferma che il suo team sta cercando altri modi per modificare i geni dell'opossum per studiare lo sviluppo degli organi degli animali. 

Miller e altri ricercatori sperano che gli opossum modificati geneticamente li aiutino a fare nuove scoperte sulla biologia e su noi stessi. "A volte la biologia comparata rivela ciò che è veramente importante", dice. "Le cose che abbiamo in comune devono essere fondamentali e le differenze sono altrettanto interessanti".

(rp)