Un ricercatore esegue un processo CRISPR/Cas9 presso il Max-Delbrueck-Centre for Molecular Medicine. Gregor Fischer/picture alliance via Getty Images I mutanti sono fantastici, Giusto? X-Men, Le tartarughe ninja e i supereroi dei fumetti e dei film ci stupiscono con i poteri speciali derivati dalle loro mutazioni genetiche. Però, quelle mutazioni genetiche immaginarie sono piuttosto difficili da trovare:devi essere stato morso da qualche ragno speciale o esposto a qualche sostanza radioattiva.
Ma cosa accadrebbe se apportare modifiche genetiche non fosse solo facile, ma veloce ed economico, pure? Diventeresti volentieri un mutante? Bene, con una tecnologia chiamata CRISPR, potresti essere in grado di farlo. Non fraintenderci:CRISPR non ti trasformerà in un supereroe, ma questa scoperta scientifica ha il potenziale per avere un grande impatto su di noi.
Corto per brevi ripetizioni palindromiche raggruppate regolarmente interspaziate , CRISPR ci permette di spostare i geni da qualsiasi essere vivente in un altro, alterare il DNA per le generazioni a venire. Ci consente di eliminare i geni che fanno cose terribili, come quelli che causano malattie, e di sostituirli con segmenti di DNA innocui.
Allo stesso tempo, La tecnologia CRISPR è così potente che gli esseri umani potrebbero iniziare a usarla per qualcosa di più della semplice cura delle persone dalle malattie. Forse per creare colture e bestiame più resistenti alle malattie. O per creare mutanti di lievito che producono combustibili che possiamo usare per alimentare le nostre auto. Potremmo iniziare a diventare davvero creativi e fare bambini firmati, o persino usare la tecnologia per il male:progettare armi biologiche specifiche per specie e spazzare via intere specie dalla faccia del pianeta.
Man mano che apprendiamo di più su quella che il MIT Technology Review ha definito "la più grande scoperta biotecnologica del secolo, "Dobbiamo anche pensare a quando dovremmo usare CRISPR e come dovrebbe essere regolamentato.
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Sebbene la tecnologia CRISPR sia davvero fantastica, gli esseri umani che modificano geneticamente diversi organismi non sono una novità. Dal lato low-tech, alleviamo selettivamente colture da molto tempo. Quando i contadini si imbattevano in un'arancia succosa o in un pomodoro dai colori vivaci, hanno preservato quei geni desiderabili piantando semi da quella pianta.
Ma negli ultimi anni, abbiamo dato una spinta alla biotecnologia. Nei primi anni 2000, gli scienziati hanno scoperto come utilizzare gli enzimi, chiamate nucleasi a dita di zinco, per eliminare e sostituire specifici geni indesiderati in una varietà di organismi. Gli enzimi a dita di zinco, però, erano costosi (più di $ 5, 000 al pop), difficile da realizzare, e il tasso di successo non era ottimale [fonte:Ledford].
Quindi, mentre esisteva la tecnologia per modificare i geni, non è stato fino a quando è arrivato CRISPR che l'idea di cambiare deliberatamente il DNA di un organismo si è sentita a portata di mano. Il primo riferimento a CRISPR è stato in un articolo di giornale del 1987 in cui gli scienziati hanno riferito di aver trovato le brevi ripetizioni del DNA che sono alla base della tecnologia in E. coli batteri. Ma è stato solo nel 2012 che CRISPR è diventato rilevante. Da allora, l'uso di CRISPR è salito alle stelle nella comunità scientifica. Più di un miliardo di dollari è stato raccolto come capitale iniziale per le aziende biotecnologiche che utilizzano la tecnica [fonte:Ledford]. Anche il finanziamento del governo per la ricerca CRISPR è alle stelle.
Solo nel 2014 quasi 90 milioni di dollari sono stati impegnati dal National Institutes of Health per la ricerca CRISPR [fonte:Ledford]. E dal 2010 sono stati depositati oltre 200 brevetti relativi a CRISPR [fonte:Ledford]. Il rapido ritmo della ricerca non sembra rallentare. Man mano che gli scienziati imparano di più su CRISPR, sembra che stiano imparando meno su come la tecnica sia limitata e invece su quanto sia potente. T
Quindi di cosa si tratta questa tecnica che la rende così potente?
La proteina nucleasi CRISPR-CAS9 utilizza una sequenza di RNA guida per tagliare il DNA in un sito complementare. Proteina Cas9:modello con superficie levigata bianca; Frammenti di DNA:scala viola e rosa; RNA:scala verde chiaro. MOLEKUUL/SCIENCE PHOTO LIBRARY/Getty Images Nel 1987, scienziati che studiano E. coli scoperto segmenti ripetuti nel DNA dei batteri. Questo tipo di pattern nel DNA batterico è insolito, così si ravvivarono quando se ne accorsero, e ha riportato il ritrovamento. Col tempo, gli scienziati hanno iniziato a vedere questo modello in molti diversi tipi di batteri, ma non c'era ancora alcuna ipotesi su cosa fosse e perché fosse lì. Ma nel 2005, una ricerca in un database del DNA ha mostrato che le "brevi ripetizioni palindromiche regolarmente interspaziate" (o CRISPR) corrispondevano al DNA del virus.
Ma perché i batteri avrebbero ospitato il DNA del virus? Lo scienziato Eugene Koonin ha ipotizzato che quando i batteri sopravvivono a un attacco di virus, tagliano il virus in piccoli pezzi e immagazzinano parte del DNA del virus nel proprio genoma in modo che possano successivamente riconoscere e attaccare il virus se lo incontrano di nuovo. Fondamentalmente conservano un'immagine del virus nella tasca posteriore in modo che riconoscano il cattivo se dovesse mai presentarsi di nuovo - un notevole meccanismo di difesa del sistema immunitario batterico.
L'ipotesi di Koonin era giusta. Se quel virus colpisce ancora, i batteri fabbricano speciali "assassini". Questi assassini possono leggere la sequenza di RNA di qualsiasi DNA virale in cui si imbattono, riconoscere se corrisponde alle informazioni che hanno memorizzato nel loro DNA, intrappolarlo e tritarlo. È come se il batterio avesse creato dei batteri molto specifici, forbici intelligenti.
Questa scoperta è stata piuttosto interessante, ma non così bello come quello dell'Università della California, La scienziata di Berkeley Jennifer Doudna (che da allora ha vinto il premio Nobel per la chimica 2020 con Emmanuelle Charpentier per il suo lavoro su CRISPR) pensava di aver a che fare con le informazioni. Ha suggerito che gli scienziati potrebbero utilizzare CRISPR come strumento per aiutarli a modificare i geni. Se dotassero i batteri di un segmento di DNA noto per essere cattivo - diciamo un gene che causa la cecità - potrebbero inviare i batteri a cercare il gene cattivo, dove i batteri l'avrebbero trovata e assassinata. E poi potremmo sfruttare il meccanismo di riparazione naturale nelle cellule batteriche per lanciare un gene più desiderabile al suo posto [fonte:RadioLab].
Ha funzionato! E ha continuato a funzionare! Invertire le mutazioni della cecità è stato solo uno dei modi in cui è stato dimostrato che CRISPR opera. Ha impedito alle cellule cancerose di moltiplicarsi, ha reso le cellule impermeabili all'HIV, ci ha aiutato a creare grano e riso resistenti alle malattie, e innumerevoli altri progressi. Nel 2015, Gli scienziati cinesi hanno persino tentato di utilizzare la tecnologia su embrioni umani non vitali, ma solo in pochi casi CRISPR ha effettuato i giusti tagli al DNA [fonte:Maxmen].
Ma questo fa sorgere la domanda:vogliamo usarlo anche sugli embrioni? Dovremmo essere autorizzati a? Chi regolerà l'uso di CRISPR?
Qualcuno potrebbe usare la tecnologia CRISPR per resuscitare il mammut lanoso iniettando un segmento del suo DNA nel DNA di un elefante? Non è ancora successo, ma questa è solo una preoccupazione che alcuni scienziati hanno. Dorling Kindersley/Getty Images La tecnologia CRISPR è così relativamente nuova che la comunità scientifica deve ancora comprenderne appieno tutta la potenza. Ma una cosa è certa:sanno che la sua capacità di avere un impatto sulla razza umana potrebbe non essere eguagliata da qualsiasi altra biotecnologia. Con quel grande potenziale, la necessità di sviluppare regolamenti intorno al suo utilizzo è imperativa. Ma il ritmo vertiginoso con cui la ricerca viene condotta in laboratorio ha lasciato poco tempo per la discussione su quali dovrebbero essere le regole intorno alla ricerca e all'uso. Sembra fantastico che CRISPR possa tagliare via male, geni indesiderati e sostituirli con quelli più desiderabili. Ma chi può dire cosa è male e cosa è bene?
Senza alcun regolamento, CRISPR potrebbe essere sviluppato al punto da poter essere tranquillamente utilizzato su un embrione umano per alterarne il DNA. Qualche genitore direbbe di no a CRISPR se venisse a sapere che il proprio figlio ha il gene per la malattia di Huntington e che CRISPR potrebbe rimuoverlo prima della nascita del bambino? E se permettessimo ai genitori di prendere queste decisioni su come incasinare il DNA del loro bambino prima che nasca, dove si fermerebbe? Potrebbero decidere di rendere il loro bambino alto invece che basso? Biondo invece che moro? I cambiamenti che i genitori potrebbero scegliere di impartire al proprio figlio sarebbero quelli permanenti che sarebbero tramandati di generazione in generazione. Se questo scenario si verifica, è facile vedere come potrebbe aumentare il divario tra chi ha e chi non ha. E non sappiamo cosa potrebbe succedere a lungo termine a un bambino i cui geni vengono sostituiti.
A dicembre 2015, un gruppo di scienziati, bioetici ed esperti di politiche di diversi paesi si sono incontrati per parlare della regolamentazione dell'editing genetico umano. Un esperto statunitense ha affermato che la Food and Drug Administration doveva non solo regolamentare la tecnologia, ma anche usi specifici di essa per prevenire l'uso off-label. Ha anche detto che potrebbe esserci più rischio dalla modifica dei geni delle piante che dalla modifica dei geni umani [fonte:Regulatory Affairs Professionals Society].
Con la grande potenza di questa tecnologia, le domande su CRISPR devono essere affrontate separatamente da quelle sugli organismi geneticamente modificati. Portare tutti in tutto il mondo sulla stessa pagina, però, continuerà ad essere una sfida.
Pubblicato originariamente:3 maggio 2016
Scrivere articoli come questo mi spaventa. Questa tecnologia è così, così emozionante. Le implicazioni in genere sembrano molto interessanti, ma sembra anche che abbiamo iniziato a capire così tanto su come manipolare la vita con la tecnologia che siamo destinati a sbagliare ad un certo punto. CRISPR ci dà così tanto potere, e in modi che non possiamo prevedere. Il mondo funziona bene, sai? Scherzare con esso è solo spaventoso. Poi ancora, come potremmo ignorare una tecnica così potente che potrebbe aiutarci in tanti modi?
