Forbici di luce. Una nuova versione della tecnica CRISPR per l'editing genetico

L'ingegno umano che non smette mai di stupire! Questa volta, applicandosi alla sperimentazione di una versione evoluta della ormai arcinota tecnologia Crispr, la “forbice molecolare” che consente di apportare modifiche al Dna delle cellule, correggendone eventuali difetti. Certamente, tra le biotecnologie attualmente disponibili nella “cassetta degli attrezzi” dei biologi, la Crispr è la più versatile, essendo in grado di tagliare il Dna, riscriverlo, colpirlo a raffica in più punti, mirare alla singola lettera, accendere e spegnere i geni e molte altre cose ancora.

Ora, un nuovo studio (pubblicato su “Science”), realizzato da un gruppo ricercatori della Johns Hopkins University (Baltimore, Usa) guidati da Yang Liu, annuncia l’implementazione di una ulteriore possibilità per l’uso di questa metodica: la Crispr è diventata fotoattivabile, caratteristica che potrà renderla ancora più precisa nei suoi interventi. Una vera buona notizia, dunque. Proviamo a capire meglio come funziona.
Immaginando di paragonare la Crispr ad un coltellino svizzero multifunzione, si può affermare che – alla luce della nuova scoperta – i modelli di nuova generazione, oltre ad avere i consueti accessori, potranno adesso essere dotati di un pulsante di attivazione, un “interruttore” che consentirà di regolare finemente tempi e siti delle modificazioni genetiche. Stiamo parlando di un grado di precisione a livello subcellulare e di tempi di reazione nell’ordine dei secondi (anziché delle ore necessarie con il sistema classico). Non a caso, infatti, la nuova versione è stata denominata vfCrispr (“very fast”, superveloce).

E come funzionerà questo “interruttore”? Secondo i principi dell’optogenetica, ovvero di quel settore della ricerca che prova a controllare i processi biologici, in modo non invasivo né tossico, attraverso l’impiego di impulsi di luce. In concreto, si tratta di utilizzare molecole sensibili alle radiazioni luminose con particolari lunghezze d’onda, con la conseguente possibilità di favorire o ostacolare una determinata reazione, e persino di controllare il funzionamento dei circuiti nervosi.
Un connubio davvero felice, quindi, l’inedita alleanza tra Crispr e optogenetica due tecnologie rivoluzionarie, inventate a pochi anni di distanza l’una dall’altra, con il contributo di un comune pioniere, Feng Zhang del Broad Institute (Boston, Usa).

Per comprendere meglio il meccanismo della vfCrispr, è utile ricordare che la versione standard della Crispr è dotata di “forbici molecolari” per tagliare il Dna e di una “bussola” per individuare il sito bersaglio lungo il genoma. Già qualche anno fa, studiosi dell’Università di Tokyo avevano tentato di rendere fotoattivabili le “forbici”. Con questa ricerca, Yang Liu e i suoi colleghi hanno invece ottenuto prestazioni decisamente migliori concentrandosi sulla “bussola”. Più in dettaglio, partendo dal fatto che “l’indirizzo” della modificazione genetica da apportare è costituito in realtà da una molecola di Rna, i ricercatori della Johns Hopkins University hanno pensato bene di inserire in questa sequenza guida alcune lettere “ostacolanti” e, al tempo stesso, fotosensibili. In questo modo, la guida può ancora riconoscere il bersaglio e legarvisi, ma le “forbici” non si attivano finché uno specifico impulso luminoso non rimuove “l’ostacolo” inserito. Con tale meccanismo, si è in grado di controllare la tempistica dell’azione, evitando le mutazioni fuori bersaglio e altri effetti indesiderati. Addirittura, l’intervento può essere circoscritto a specifiche cellule e persino ad una sola copia del gene bersaglio (possibilità considerata particolarmente utile per studiare le malattie genetiche nei modelli animali, soprattutto per le mutazioni patologiche che risultano letali in duplice copia).

La vfCrispr consentirà inoltre di studiare ad alta risoluzione i meccanismi di riparazione cellulare, producendo tagli in siti multipli, in modo sequenziale o simultaneo. Va infine ricordato che, oltre alla versione standard, esistono nuovi modelli di Crispr mediante cui il Dna può essere corretto senza necessità di “tagli”. In questo caso, anziché di “forbici” per recidere, il “coltellino svizzero” è dotato di gomma e matita per riscrivere le sequenze. C’è poi la variante del “prime editing” che può essere invece paragonata alla funzione “trova e sostituisci” di word. Ebbene, d’ora in poi, tutte queste versioni di Crispr potranno essere meglio controllate con un semplice impulso di luce.