Vova Krasen
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Come un ninja molecolare, lo strumento di modifica del genoma CRISPR-Cas9 taglia i segmenti ultraspecifici di DNA per eliminare i frammenti indesiderati di codice genetico. È un metodo di editing genetico preciso e promettente ampiamente utilizzato nella ricerca scientifica. E gli scienziati sperano che un giorno possa essere utilizzato per rimuovere selettivamente i geni che provocano problemi medici come l'HIV, l'anemia falciforme e il cancro.
Sfortunatamente, un nuovo studio pubblicato oggi (16 luglio) sulla rivista Nature Biotechnology suggerisce che questo giorno potrebbe essere più lontano del previsto e che la spada cellulare di CRISPR potrebbe provocare molti più danni collaterali di quanto si pensasse in precedenza..
Durante l'utilizzo di CRISPR per modificare il DNA in cellule derivate sia dal topo che dall'uomo, gli autori dello studio hanno scoperto che enormi pezzi di DNA venivano involontariamente eliminati, riorganizzati e altrimenti mutati in modo così grave che le cellule hanno perso la funzione in circa il 15% dei casi.
Lo studio fornisce la stima più sistematica e severa del potenziale danno genetico causato dalla manipolazione del CRISPR fino ad oggi, ha detto l'autore dello studio Allan Bradley, leader del gruppo senior e direttore emerito presso il Wellcome Sanger Institute in Inghilterra. E i risultati potrebbero essere un motivo per ripensare l'uso della tecnologia in contesti clinici fino a quando non sarà possibile effettuare ulteriori ricerche, ha detto.
"CRISPR non è così sicuro come pensavamo", ha detto Bradley. "Il processo di riparazione del DNA non è infallibile al 100% e potrebbero esserci problemi che devono essere esaminati ulteriormente".
Cracking il codice (aperto)
Quando immagini il DNA, probabilmente pensi a una doppia elica: una sequenza di lettere contorta simile a una scala che trasporta le tue informazioni genetiche. Ogni gradino della scala è costituito da due nucleotidi collegati (minuscole molecole organiche) noti come coppia di basi. Il tuo genoma completo contiene circa 3 miliardi di queste coppie di basi, suddivise tra 23 coppie di cromosomi presenti in ogni cellula del tuo corpo.
L'ordine preciso di queste coppie di basi costituisce il tuo codice genetico unico. Le mutazioni in questo codice - ad esempio, se una coppia di basi è mancante o capovolta - possono far perdere la loro funzione a vari geni, a volte con conseguenti disturbi genetici come la fibrosi cistica, l'emofilia e molti tipi di cancro.
CRISPR è stato progettato per eliminare i difetti genetici ultraspecifici come questi tagliando sequenze mirate di DNA con un enzima simile a un bisturi chiamato Cas9. Dopo che Cas9 recide il DNA nel punto stabilito, quel segmento di DNA inizia naturalmente a ripararsi. Attraverso questo metodo, i geni problematici possono essere rimossi rapidamente e, a volte, sequenze genetiche personalizzate possono anche essere aggiunte nel sito di rottura prima che il DNA si sigilli di nuovo.
Precedenti studi di CRISPR non hanno mostrato molte mutazioni genetiche impreviste causate da questa precisa azione di taglio, ma questi studi potrebbero non essere stati abbastanza approfonditi, ha detto Bradley.
"Le conseguenze delle [mutazioni indotte da CRISPR] possono essere letteralmente a milioni di paia di basi dal sito di rottura", ha detto Bradley.
Nel loro nuovo studio, Bradley ei suoi colleghi hanno utilizzato CRISPR per modificare una serie di cellule staminali derivate da topi, quindi hanno esaminato sistematicamente le coppie di basi del DNA delle cellule, allontanandosi sempre più dal sito di taglio. Attraverso questo approccio meticoloso, i ricercatori hanno scoperto che circa il 15 percento delle cellule studiate subiva una mutazione talmente grande da perdere la loro funzione.
"Nella forma più semplice, queste mutazioni sono delezioni di grandi quantità di DNA", ha detto Bradley (in alcuni casi, migliaia di coppie di basi di DNA sono scomparse dopo essere state manipolate da CRISPR). "Ma ci sono anche versioni molto più complesse."
Ad esempio, ha detto Bradley, il team ha rilevato casi in cui sequenze di codice genetico sono state "codificate" o inserite nel filo all'indietro. In alcuni casi, lunghe sequenze di DNA che avrebbero dovuto trovarsi a migliaia di paia di basi di distanza sono state inavvertitamente cucite nel sito di taglio CRISPR. In altri casi, le sequenze di codice in nessun posto vicino al sito di taglio - alcune si trovavano a milioni di coppie di basi di distanza - sono state mutate in modo simile.
Dopo aver esaminato molte posizioni diverse lungo il DNA della cellula, il team si è quindi rivolto ad altri tipi di cellule, comprese le cellule staminali di derivazione umana coltivate in laboratorio, per vedere se il modello di danno si è ripetuto. Le loro osservazioni sono rimaste coerenti: circa il 15% delle cellule manipolate da CRISPR sono state involontariamente mutate in modi drammatici.
Un taglio casuale
In definitiva, le conseguenze precise di queste mutazioni sono difficili da stimare, poiché diversi tipi di cellule utilizzano operazioni diverse per riparare il loro DNA.
"Poiché hai un processo di riparazione casuale di ricongiungimento del DNA, penso che tutto sia potenzialmente possibile quando stai guardando miliardi di eventi diversi", ha detto Bradley.
Quindi, cosa significa questo per la futura ricerca CRISPR? Secondo Bradley, i risultati di questo studio non dovrebbero screditare CRISPR-Cas9 come un promettente strumento di ricerca genetica, ma dovrebbero rendere gli scienziati cauti quando pensano di utilizzare lo strumento di modifica genetica in un contesto clinico.
Maria Jasin, una ricercatrice del Memorial Sloan Kettering Cancer Center che non è stata coinvolta nello studio, è d'accordo. "Questo studio mostra che sono necessarie ulteriori ricerche e test specifici prima che CRISPR-Cas9 venga utilizzato clinicamente", ha detto Jasin in una dichiarazione.