Brillanti scienziate che stanno contribuendo a realizzare le promesse dell’editing genomico

Jennifer Doudna ed Emmanuelle Charpentier, insignite del Premio Nobel per la Chimica nel 2020 per lo sviluppo della tecnologia CRISPR/Cas9, hanno rappresentato splendidi esempi di donne interessate alla scienza.

Tuttavia, nel campo della ricerca aperto da queste due scienziate ve ne sono altre, anch’esse oltremodo brillanti, che in qualche modo stanno contribuendo a realizzare le future promesse dell’editing genomico.

Una brillante ricercatrice è rappresentata dall’ ingegnere elettronico di origini iraniane Kiana Aran del “Keck Graduate Institute” (Claremont Colleges) e dell’Università di Berkeley (California),
nota per l’invenzione di CRISPR Chip, un biosensore che utilizza sistemi nanoelettronici per rilevare mutazioni nei campioni di DNA e che potrebbe essere efficacemente utilizzato anche per diagnosticare malattie genetiche, rilevare infezioni e valutare l’efficienza delle tecniche di editing genomico.

CRISPR Chip

Questo nuovo approccio tecnologico, sottolinea come CRISPR non rappresenti solo uno strumento per l’editing genomico ma che può essere anche in grado di fornire la possibilità di individuare specifiche mutazioni genetiche senza dover ricorrere all’amplificazione per mezzo della Polymerase Chain Reaction (PCR), metodica ideata negli anni ’80 dal Premio Nobel nel 1993 per la Chimica dallo statunitense Kary Mullis e ancora oggi utilizzata in tutti i laboratori del mondo, riducendo in maniera drastica le tempistiche di analisi.

Altre due ricercatrici come Alexis Komer e l’italo – statunitense Nicole Gaudelli al Broad Institute del MIT e Università di Harvard (Cambridge, Massachusetts – U.S.A) sono le inventrici al posto dell’editing classico dei “base editor“, uno strumento biotech capace di aggiustare le sequenze modificando singole lettere del DNA senza tagliare la doppia elica e alterando invece chimicamente le singole basi con enzimi deaminasi come TadA e ADAR.

i base editor

In beve, queste macchine molecolari permettono di riorganizzare ciascuna delle quattro lettere che, combinate tra loro, scrivono i geni (A per adenina, C per citosina, T per timina e G per guanina). Finora era possibile correggere solo alcune paia di basi, ad esempio G-C che poteva diventare T-A.

Ora, i base editor vengono chiamati ABE (adenine base editor) perché permettono di sostituire A-T con G-C e di correggere gli errori all’origine di molte malattie causate da queste mutazioni.
La precisione supera del 50% quella di altre tecniche di riscrittura del DNA.
Per quanto riguarda la correzione dell’RNA, a renderla possibile è invece un’altra versione dell’enzima Cas, il Cas 13b, utilizzato dal sistema immunitario dei batteri e alla base della CRISPR.

metagenomica

Jillian Fiona Banfield è nata in Australia il 18agosto 1959.

Jill Banfield è invece una geo-microbiologa presso l’Università di Berkeley – California. Ha fondato la metagenomica, un approccio basato sul sequenziamento del genoma di microrganismi direttamente nel loro ambiente naturale e inventato meta CRISPR, un modo per editare intere comunità microbiche.
Oltre a queste scienziate particolare attenzione merita il lavoro compiuto dalla chirurga statunitense Jayme Locke dell’Università dell’Alabama, Birmingham (U.S.A.) negli xeno-trapianti.

Locke ha trapiantato per la prima volta i reni di un maiale editato con dieci modifiche genetiche chiave (10-gene pig) in una struttura priva di agenti patogeni, in un uomo in morte cerebrale tenendolo artificialmente in vita per pochi giorni a scopo di ricerca con il consenso familiare. Questi interessanti risultati dimostrano come lo xenotrapianto potrebbe affrontare la crisi mondiale della carenza di organi.

XENOTRAPIANTO

Infine, un altro importante ruolo nell’ambito dell’editing genomico è quello fornito dall’immunologa – infettivologa italiana Flaminia Catteruccia presso la Harvard T.H. Chan School of Public Health (Boston , Massachusetts ) sui comportamenti riproduttivi delle zanzare ‘Anopheles gambiae’ che ha dimostrato come il seme depositato dalle zanzare maschio dopo l’accoppiamento è essenziale per una riproduzione efficiente.

Abbattendo un enzima maschile coinvolto nella riproduzione attraverso l’RNAi o Interferenza dell’RNA (un meccanismo mediante il quale alcuni frammenti di RNA sono in grado di interferire e spegnere l’espressione genica) è possibile avere un effetto importante sulle popolazioni di zanzare come il rilascio di maschi sterili.

i ‘gene drive’

La Catteruccia è, attualmente, coinvolta anche in alcuni stratagemmi genetici detti gene drive, che non obbediscono alle leggi mendeliane.

La tecnologia dei gene drive permette di modificare il genoma di un organismo attraverso l’utilizzo di un drive, di solito un enzima, che taglia il DNA in corrispondenza dei geni della zanzara coinvolti nella trasmissione del parassita della malaria. Se il processo funziona, la probabilità di trasmissione della modificazione genetica non è del 50%, come predicono le leggi dell’ereditarietà di Mendel ma può sfiorare il 100%.

Questo significa che nel giro di qualche generazione, proprio grazie all’effetto di una reazione genica a catena, la soppressione del gene si propaga in tutta la popolazione della specie trattata. In questo modo si potrebbe cancellare la trasmissione della malaria in un’intera popolazione di zanzare dove la malattia è endemica.

Bibliografia:

Hajian R et al. (2019) “Detection of unamplified target genes via CRISPR Cas9 immobilized on a graphene field – effect transistor” Nature Biomedical Engineering 3, 427 – 437
Gaudelli N.M. , Komor A.C. et al. (2017) “Programmable base editing of A-T to G-C in genomic DNA without DNA cleavage” Nature 551, 464 – 471
Rubin B.E et al. (2022) “Species and site – specific genome editing in complex bacterial communities” Nature Microbiology 7, 34 – 47.

riferimenti:

Articolo del prof. Sergio Barocci

Brillanti scienziate che stanno contribuendo allo sviluppo di CRISPR