L'editing genetico sta rivoluzionando il panorama della ricerca bioscientifica e rappresenta una grande promessa per "eliminare" le malattie dai corpi umani. I Sandia National Laboratories stanno lavorando per rendere questa tecnologia più sicura e per garantire che un giorno possa essere consegnata agli esseri umani senza innescare reazioni avverse del sistema immunitario o causare altri effetti collaterali indesiderati.

Il biochimico di Sandia Joe Schoeniger spiega che la tecnologia di editing genetico si basa su una "corsa agli armamenti di miliardi di anni" tra batteri e virus che cercano di attaccarli.

I batteri salvano frammenti di DNA virale invasore usando un sistema chiamato ripetizioni palindromiche corte a intervalli regolari regolari o CRISPR. Questo sistema aiuta i batteri a riconoscere un virus quando ritorna per un attacco ripetuto. Il sistema CRISPR produce Cas9, un enzima che si lega al DNA virale offensivo, poi lo taglia e lo distrugge.

Questo sistema di difesa batterica può essere programmato. Gli scienziati possono inviare CRISPR-Cas9 in una posizione precisa per alterare un pezzo specifico di DNA.

La capacità di alterare il DNA è utile, soprattutto quando si tratta di malattie genetiche, ma le alterazioni del DNA sono attualmente irreversibili. L'uso della tecnologia così com'è oggi potrebbe causare indesiderate, effetti collaterali pericolosi e permanenti. Potrebbe tagliare un genoma nel posto sbagliato (cioè, avere effetti fuori bersaglio), potenzialmente causa di malattie.

Inoltre, CRISPR-Cas9 ha bisogno di un vettore per essere consegnato nelle cellule umane. Tipicamente, questo portatore è un virus legato al comune raffreddore chiamato virus adeno-associato. Secondo il virologo di Sandia Oscar Negrete, la maggior parte delle persone è stata esposta a ceppi di questo virus ad un certo punto. Ciò significa che le persone sono veloci a produrre anticorpi contro di esso, rendendolo una terapia monouso. Anche al primo utilizzo, i pazienti possono avere una reazione immunitaria, Ha spiegato Negrete. Sono necessari nuovi approcci che consentano di utilizzare con successo il trattamento più di una volta, se necessario.

Controllare CRISPR

Per essere in grado di controllare la tecnologia CRISPR e utilizzarla senza causare cambiamenti permanenti del DNA, la Defense Advanced Research Projects Agency ha creato il programma Safe Genes.

Uno sforzo finanziato da Safe Genes è di 2,5 milioni di dollari, progetto biennale condotto dal laboratorio di Jennifer Doudna presso l'Università della California, Berkeley, in collaborazione con Sandia, e l'Università della California, San Francisco. Doudna è un pioniere nello sviluppo di CRISPR. Se le prime ricerche sono fruttuose, DARPA potrebbe prolungare questo sforzo per altri due anni, portando il totale a quattro anni e 5 milioni di dollari.

I virus sono abili nel modificare il proprio DNA e nel generare nuove proteine ​​anti-CRISPR per bloccare il sistema immunitario batterico. Questo è l'altro lato della "corsa agli armamenti" del virus batterico. Queste proteine ​​possono funzionare come antidoti, consentendo agli editor di geni di essere disattivati ​​se necessario.

Il team di Safe Genes sta sfruttando queste proteine ​​per sviluppare inibitori in grado di controllare gli effetti fuori bersaglio di CRISPR. Schoeniger ha detto che se dovesse essere somministrata una dose di un gene editor, potrebbe essere seguito da una dose dell'inibitore per spegnerlo, riducendo al minimo la quantità di tempo in cui potrebbero verificarsi effetti fuori bersaglio.

Rifare il carico

Questo progetto Safe Genes si basa sul lavoro in corso presso Sandia, che si concentra anche sulla lotta alle malattie infettive utilizzando l'editing genetico.

Normalmente, il sistema CRISPR mira al DNA, ma Sandia ha collaborato con il team di Doudna per creare un sistema CRISPR che si rivolge invece all'RNA. È probabile che l'attacco diretto dell'RNA del virus sia efficace contro la maggior parte dei patogeni di interesse per la biosicurezza, disse Negrete.

Esistono già sistemi CRISPR che prendono di mira l'RNA, ma questi sistemi provocano la degradazione generale dell'RNA. Questo nuovo sistema di RNA-targeting può influenzare specifici RNA umani o animali, compresi quelli noti per codificare proteine ​​che aiutano l'infezione virale.

"Alcune proteine ​​sono noti gateway per gli invasori, " Ha spiegato Negrete. "Se si eliminano queste proteine ​​tramite i loro RNA codificanti, gli agenti patogeni non possono entrare nelle tue cellule e non hai apportato modifiche permanenti al tuo genoma".

Sviluppo di applicazioni CRISPR sicure

Per il progetto Safe Genes, Sandia testerà la tecnologia CRISPR mirata all'RNA contro una varietà di virus. Il team di Sandia consegnerà i CRISPR a cellule di mammifero infettate da una varietà di virus a RNA, tra cui Ebola e virus della febbre della Rift Valley, che causano sintomi come febbre emorragica. Quindi misureranno il livello di virus rimasto nelle cellule dopo il trattamento.

"Idealmente, vorremmo vedere il livello di virus ridotto a zero. Se non lo è, la tecnologia CRISPR dovrebbe essere modificata, " ha detto Negrete.

Inoltre, il team dell'UCSF sta sviluppando tecnologie derivate da CRISPR per attivare e disattivare i geni senza modificare il DNA. Per questa applicazione, il team sta sfruttando CRISPR per la metilazione mirata del DNA. La metilazione del DNA è un meccanismo non distruttivo di regolazione dell'espressione genica che si verifica naturalmente durante tutto il ciclo di vita dei mammiferi.

Negrete crede che questo lavoro, in caso di successo, rappresenterebbe un salto di qualità per la virologia perché le nuove tecnologie CRISPR attaccherebbero le malattie in più modi. Attualmente, i vaccini prendono di mira singoli ceppi di un virus. Il progetto Safe Genes di Sandia sta lavorando a soluzioni che prendono di mira tutti i ceppi di un virus, oltre a trovare modi per riparare l'ospite infetto e le cellule umane.

"È complicato creare nuovi trattamenti per ogni singolo insetto, and not feasible for quickly responding to emerging threats. One treatment for each and every strain that appears, as well as all the related viruses – it's a much better strategy, " Negrete said. "It's like the leap from eliminating one letter with a pencil eraser to hitting control-A and deleting an entire paragraph."