Il nuovo “prime editing”, è un vero e proprio strumento di ricerca e sostituzione del DNA.
di Antonio Regalado
A dispetto della ben meritata fama, in realtà lo strumento di editing genetico CRISPR ci va piuttosto pesante sul genoma. Si tratta di una forbice capace di tagliare la doppia elica del DNA. L’editing vero e proprio è il risultato del tentativo frettoloso di una cellula di rimettere insieme le cose. La procedura lascia ampio spazio agli errori: i critici hanno persino definito questi cambiamenti imprevedibili una forma di “vandalismo del genoma“.
Alcuni ricercatori stanno studiando come portare il CRISPR all’altezza della sua reputazione di vero e proprio strumento di ricerca e sostituzione dei geni. Nelle parole di David Liu, biologo dell’Università di Harvard, l’aspirazione ultima dell’ingegneria genetica è acquisire “la capacità di realizzare qualsiasi cambiamento mirato nel genoma di qualunque cellula o organismo vivente”.
Liu ha ora introdotto al mondo “prime editing”, un gadget molecolare capace di correggere qualsiasi tipo di errore genetico senza effettivamente tagliare il filamento di DNA, come avviene con il CRISPR. Secondo lo studio pubblicato da Liu su Nature, la nuova tecnologia utilizza una proteina progettata non solo per trasformare qualsiasi singola lettera di DNA in qualsiasi altra, ma anche per aggiungere o eliminare tratti più lunghi. Liu dichiara di essere in grado di riparare quasi tutte le 75.000 mutazioni conosciute responsabili di malattie ereditarie negli esseri umani.
Il CRISPR 1.0 è sfruttato soprattutto per disabilitare geni, una funzione che lo rende utile per la ricerca e possibilmente nel trattamento di un sottoinsieme di malattie in cui è richiesto un pulsante di eliminazione del DNA. Lo strumento è anche utilizzabile per condurre sostituzioni di tratti di genoma più estesi, ma non è facile da controllare.
La nuova tecnologia, con il suo ampio menù di modifiche genetiche condotte con raffinatezza, vale già somme di denaro indicibili. Ancor prima che il documento venisse pubblicato, un gruppo di venture capitalist, tra cui Newpath della Google ed F-Prime, hanno costituito una società, Prime Medicine, per acquisire i diritti dal Broad Institute, dove Liu ha un proprio laboratorio. La società è nuovissima, ancora senza sede, né dipendenti, non è ancora dato sapere se si prefiggerà l’obiettivo di sviluppare nuovi farmaci CRISPR o altro. Robert Nelsen, partner della Arch Venture Partners, coinvolta nell’accordo, ha risposto che non poteva offrire maggiori dettagli.
Come funziona il prime editing? Si tratta di un tipo di CRISPR in quanto impiega la stessa proteina batterica miracolosa, la Cas9, capace di focalizzarsi su di una precisa posizione predeterminata tra le miliardi di lettere di un genoma vegetale o animale. A differenza del classico CRISPR, però, prime editing non infrange l’elica del DNA. Liu e il suo gruppo hanno saputo mantenere quell’aspetto della Cas9 che funge da meccanismo di homing ma hanno rimosso la funzione di forbice, un componente chiamato nucleasi. Al suo posto hanno impiantato un altro enzima, la trascrittasi inversa, ben noto nei libri di testo di biologia perché affianca i cromosomi quando le cellule si dividono, distribuendo una nuova copia.
Proprio come nel caso di un editor di documenti, in primo luogo, i ricercatori caricano il tratto di testo genetico che vogliono inserire in un genoma (come avviene quando si utilizza il comando “copia”). Cas9 fa le veci del cursore, individuando con precisione la posizione necessaria nel DNA. Infine, la trascrittasi inversa rappresenta il comando “incolla”, riproducendo il testo genetico preparato dagli scienziati.
La squadra di Liu, tra cui Andrew Anzalone, studente post dottorato, ha testato il prime editing in laboratorio. Secondo quanto riportato dai ricercatori, sarebbero stati in grado di correggere gli errori genetici responsabili dell’anemia falciforme (una lettera sbagliata), della malattia di Tay-Sachs (quattro lettere extra) e una mutazione comune alla fibrosi cistica (tre lettere mancanti).
Applicato agli stessi casi, il CRISPR originale ha poche probabilità di produrre risultati accurati, motivo per cui Liu ha dedicato gli ultimi anni delle proprie ricerche alla possibilità di estendere le capacità di questa tecnologia. Già un’invenzione precedente, il base editing, permetteva ai ricercatori di trasmutare alcune singole lettere di DNA in altre, ma non ogni cambiamento era possibile. Il prime editing potrebbe concepibilmente riparare ogni errore genetico riscontrato nella specie umana responsabile di malattie ereditarie.
Le somme ingenti di denaro coinvolte nella lotta volta a commercializzare i super-strumenti di gene editing sono evidenti nei piani IPO della Beam Therapeutics, una società a parte fondata da Liu per lavorare sul base editing, che ha contribuito allo sviluppo del prime editing. La partecipazione finanziaria del ricercatore di Harvard in quella startup per l’editing genetico, che mira a curare malattie del sangue come l’anemia falciforme, dovrebbe valere più di $50 milioni una volta divenuta pubblica.
La promessa di risolvere, potenzialmente, l’intero spettro dei disturbi umani ereditari è enorme, ma nella pratica, ancora distante. Gli strumenti di editing non sono come l’aspirina, una piccola molecola che scivola facilmente all’interno delle cellule. Il prime editing è, in termini molecolari, gigantesco: l’introduzione nelle cellule richiederà strumenti simili a quelli utilizzati nella terapia genetica. La ricerca è stata finanziata dal governo e da gruppi di filantropi, condotta alla Harvard e al Broad Institute senza scopo di lucro. Il sistema sarà disponibile per pochi dollari su AddGene.
Poiché CRISPR 1.0, il base editing e prime editing offrono ciascuno dei pro e dei contro, Liu si aspetta che rimangano tutti in uso. Nel caso del prime editing, non tutte le cellule accettano il cambiamento programmato, il che significa che lo strumento non è ancora efficiente quanto vorrebbero i ricercatori. “Siamo al punto di partenza piuttosto che alla conclusione”, ha spiegato Liu ai giornalisti in una conference call organizzata da Nature. “Se il CRISPR è come una forbice, il base editing è una matita e il prime editing un elaboratore di testi, in grado di cercare e sostituire con precisione il testo desiderato… ciascuno avrà un proprio ruolo.”
Man mano che l’editing del genoma si fa più potente, è probabile che le controversie relative ad alcuni dei suoi potenziali usi, come la creazione di bambini su misura, pesticidi genetici o persino armi biologiche, si facciano più pronunciate. Liu non ha risposto alle domande sugli svantaggi del nuovo potente strumento o su come gli incentivi finanziari stiano plasmando la scelta di creare e condividere ampiamente questi mezzi per cambiare le molecole all’origine di ogni forma di vita.
Immagine: Ms tech
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