Nobel per la Chimica 2020 alla tecnica CRISPR/Cas9

Si tratta di una specie di forbici molecolari in grado tagliare il DNA bersaglio e sostituirlo con quello desiderato: un copia-incolla genetico che offre molteplici applicazioni, non solo nel campo biologico ma soprattutto in ambito medico. L’Accademia reale di Svezia ha deciso di premiare con il Nobel per la Chimica 2020 le due scienziate che hanno sviluppato questa tecnica di editing del DNA: Emmanuelle Charpentier, del Max Planck Unit for the Science of Pathogens, in Germania, e Jennifer A. Doudna, della University of California.

La potenza della tecnica CRISPR/Cas9 sta nel fatto che queste forbici genetiche sono in grado di fare un copia-incolla di segmenti di DNA di microorganismi, piante e animali con estrema precisione. Gli scienziati possono utilizzare le forbici molecolari per “tagliare” e studiare le funzioni dei diversi geni, ottenendo così la possibilità di un miglioramento delle piante, per esempio rendendole in grado di resistere alla siccità dei climi più caldi. O ancora, essere utilizzate per studiare i geni responsabili di malattie ereditarie e di tumori, creando così nuovi tipi di terapie personalizzate.

Il metodo inventato da Charpentier e Doudna ha rivoluzionato la genetica e come ogni rivoluzione porta con sé luci e ombre. Se da un lato c’è la possibilità di migliorare le coltivazioni e trovare terapie a malattie ad oggi incurabili, dall’altro offre la possibilità di creare embrioni geneticamente modificati, sollevando questioni etiche e legislative di difficile soluzione.

Emmanuelle Charpentier, la ricerca sui batteri patogeni

Per la Charpentier, il percorso che l’ha portata verso il premio Nobel per la Chimica 2020 è iniziato con lo studio dei batteri patogeni. Comprendere perché certi tipi di batteri siano così aggressivi, come nasce la resistenza agli antibiotici e come trovare nuove terapie per fermarne la diffusione sono stati gli obiettivi che hanno mosso gli studi e la ricerca della scienziata. In particolare, la Charpentier si è dedicata allo studio del batterio Streptococcus pyogenes, che è considerato un batterio “mangia carne” per la sua capacità nell’uomo di indurre una violenta sepsi e degradare i tessuti molli. Proprio cercando un modo per fermare questo tipo di batteri, la vincitrice del Nobel per la Chimica conobbe Jennifer Doudna, con la quale, qualche anno più tardi, ha sviluppato le potenti forbici molecolari.

Jennifer Doudna e gli studi sull’RNA

Se da un lato la Charpentier si dedicava ai batteri patogeni, dall’altro la Doudna nella University of California a Berkeley concentrava le sue ricerche sulle interferenze dell’RNA. Per anni i ricercatori hanno creduto di aver svelato le funzioni base dell’RNA, fino a quando non sono state scoperte molecole di RNA più piccole, che regolano l’attività genetica nelle cellule. Studiando con una collega la ripetizione di codice di DNA in un archeobatterio, la scienziata ha individuato insieme al suo team una sequenza di DNA differente, una stonatura in una sequenza che si ripeteva nel tempo.

La Doudna ha così fatto la “conoscenza” del CRISPR, ovvero brevi ripetizioni palindromiche raggruppate a intervalli regolari. Studiando meglio i batteri, gli scienziati hanno così scoperto che le sequenze uniche e non ripetute corrispondevano al codice genetico di vari virus, come una sorta di sistema immunitario che trascrive il DNA della minaccia e lo porta con sé per averne memoria. Il meccanismo di come i batteri, una volta infettati dai virus, ne acquisiscano sequenze di DNA non è chiaro, ma presto i ricercatori scoprirono l’esistenza di particolari geni chiamati Cas, molto simili a quelli che codificano le proteine addette allo srotolamento e al taglio del DNA.

Charpentier, Doudna e la nascita del metodo CRISPR/Cas9

La Charpentier continuò le sue ricerche sul batterio patogeno Streptococcus pyogenes fino a quando non trovò delle piccole molecole di RNA molto simili al CRISPR e decise di approfondire. La molecola di RNA sconosciuta nel batterio patogeno in studio si rivelò essere una tracrRNA, o crispr RNA transattivante. La strada di Charpentier e della Doudna quindi si unirono e il puzzle fu finalmente completo: CRISPR-RNA identifica il DNA da tagliare e Cas9 è l’elemento della forbice genetica che taglia la molecola di DNA. Proprio sfruttando questa tecnica, i batteri sono così in grado di sviluppare il proprio sistema immunitario e di tenere traccia delle minacce, come i virus, che ne hanno messo a rischio la sopravvivenza.

La nascita del metodo CRISPR/Cas9 però non si ferma allo studio sui patogeni: le vincitrici del premio Nobel per la Chimica hanno scoperto come fondere il tracrRNA e il CRISPR-RNA in una sola molecola, un RNA guida che individua la porzione di DNA da tagliare con le forbici Cas9. La tecnica è stata raffinata a tal punto che le forbici molecolari sono in grado di identificare e tagliare porzioni ben precise di DNA, dando il via alla rivoluzione delle scienze biologiche, dalla genetica alla medicina.

CRISPR/Cas9, tutte le applicazioni tra innovazione e dubbi etici

Altri ricercatori negli anni seguenti lo sviluppo del metodo CRISPR/Cas9 l’hanno implementato, fino ad applicarlo anche su piante, topi e sull’uomo. Una tecnica che apre non solo allo studio nel dettaglio dell’espressione e delle funzioni dei vari geni in un genoma, ma anche all’utilizzo di queste nuove conoscenze in vari campi di applicazione. In botanica, ad esempio, le forbici molecolari vengono utilizzate per migliorare le caratteristiche delle piante, rendendole più resistenti alla siccità o ad alcuni tipi di malattie, o ancora evitando che cereali come il riso non assorbano i metalli pesanti dal sottosuolo.

In ambito medico, il taglia-incolla del CRISPR/Cas9 consente di fare un importante passo avanti nelle terapie personalizzate contro i tumori e ancora per curare le malattie genetiche ereditarie, come l’anemia falciforme e la beta talassemia, o ancora la distrofia muscolare e la malattia di Huntington.

Mentre la comunità scientifica si entusiasma per le potenzialità offerte dal metodo, nascono però nuovi dubbi e questioni etiche. Il CRISPR/Cas9 può essere utilizzato anche per scopi non solamente clinici, come ad esempio la creazione di embrioni geneticamente modificati, segnando il passaggio di un confine tra bene e male che, come tutti gli strumenti così potenti, ha bisogno di essere ben definito con leggi che lo regolamentino. Intanto però il Premio Nobel per la Chimica 2020 celebra questa tecnica, che promette grosse rivoluzioni e porta con sé altrettanto grandi responsabilità affinché sia sempre impiegata per migliorare il mondo in cui viviamo.

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