Un nuovo strumento per la manipolazione del gene
È una tecnica molto flessibile che i ricercatori possono utilizzare per modificare facilmente l'espressione dei geni per capire meglio la loro funzione.
Che cosa è esattamente CRISPR?
CRISPR è l'acronimo di Clustered Regular-Interspaced Short Palindromic Repeats -un nome incredibilmente noioso per una tecnologia eccitante. Perché il nome noioso? È perché, quando furono scoperti per la prima volta alla fine degli anni '80 nei batteri, nessuno sapeva quali fossero i brevi tratti di DNA ripetuto separati da sequenze di DNA casuali. Erano solo alcune strane caratteristiche del DNA genomico di alcuni batteri.
Ci sono voluti quasi 20 anni prima che Jennifer Doudna dell'Università della California scoprisse che queste sequenze corrispondevano a parti di un certo DNA virale che infettava i batteri. Come si è scoperto, le sequenze di CRISPR erano una sorta di sistema immunitario per i batteri.
Come funziona?
Doudna e la sua collaboratrice, Emmanuelle Charpentier, alla fine hanno scoperto che, una volta infettati da un virus, i batteri che contenevano questi brevi frammenti di DNA che corrispondevano al DNA virale li usavano per produrre RNA che si legava al DNA del virus invasore.
Quindi, un secondo pezzo di RNA ricavato dal DNA casuale che separava le ripetizioni CRISPR interagiva con una proteina chiamata Cas9. Questa proteina dividerebbe il DNA del virus e inattiverebbe il virus.
I ricercatori si sono resi subito conto che potevano sfruttare questa capacità di CRISPR per separare specifiche sequenze di DNA per eliminare i geni.
Mentre ci sono altre tecniche, come le nucleasi con dita di zinco e TALENS che possono essere utilizzate per individuare e tagliare specifiche posizioni nel DNA genomico, questi approcci si basano su proteine voluminose per indirizzare le alternanze a specifiche regioni del DNA. È difficile progettare e realizzare modifiche su larga scala con molti geni che utilizzano questi approcci precedenti.
Cosa lo rende così utile?
Il sistema CRISPR si basa solo su due brevi parti di RNA: una che corrisponde alla regione del DNA bersaglio, e un secondo che si lega a una proteina chiamata Cas9. In realtà, tuttavia, risulta che entrambi questi brevi frammenti di RNA possono essere combinati in una molecola di RNA a guida singola a doppia funzione che entrambi mirano a una specifica sequenza di DNA e recluta la proteina di clivaggio di Cas9. Ciò significa che la proteina Cas9 e un breve pezzo di RNA che è lungo 85 basi è tutto ciò che è necessario per tagliare un DNA quasi ovunque nel genoma. È relativamente semplice introdurre il DNA per produrre un RNA a guida singola e la proteina Cas9 quasi tutte le cellule che rendono generalmente applicabile CRISPR.
Tuttavia, il targeting mirato non è l'unico vantaggio della tecnologia CRISPR rispetto agli altri TALENS e alle dita di zinco. Il sistema CRISPR è anche molto più efficiente di questi approcci alternativi.
Ad esempio, un gruppo di Harvard ha scoperto che CRISPR ha eliminato un gene mirato nel 51% -79% dei casi, mentre l'efficienza di TALENS era inferiore al 34%. A causa di questa elevata efficienza, un altro gruppo è stato in grado di utilizzare la tecnologia CRISPR per eliminare direttamente i geni nei topi embrionali per produrre topi transgenici in una singola generazione. L'approccio standard richiede un paio di generazioni di allevamento per ottenere la mutazione in entrambe le copie di un gene mirato.
Che altro può fare?
Oltre a cancellare un gene, alcuni gruppi hanno anche capito che, con poche alternanze, il sistema può essere utilizzato per altri tipi di manipolazione genetica. Ad esempio, all'inizio del 2013, un gruppo del MIT ha dimostrato che CRISPR poteva essere usato per inserire nuovi geni nel DNA genomico. Poco dopo, un gruppo di UCSF ha utilizzato una versione modificata del sistema denominata CRISPRi per reprimere l'espressione dei geni bersaglio nei batteri.
Più recentemente, un gruppo della Duke University ha anche impostato una variante del sistema per attivare set di geni. Diversi gruppi stanno ora lavorando con variazioni di questi approcci per analizzare un gran numero di geni contemporaneamente per capire quale è coinvolto in diverse risposte biologiche.
Il nuovo brillante giocattolo dell'ingegneria genetica
Certamente, c'è un'enorme eccitazione per questo nuovo strumento per l'ingegneria genetica e la fretta di applicarlo per una varietà di applicazioni. Tuttavia, ci sono ancora alcune sfide che devono essere superate e, come spesso accade con le nuove tecnologie, ci vuole un po 'per capire dove sono i limiti. I ricercatori di Harvard, ad esempio, hanno scoperto che il targeting di CRISPR potrebbe non essere preciso come inizialmente pensato. Gli effetti fuori bersaglio del complesso CRISPR possono portare a cambiamenti involontari quando si altera il DNA.
Nonostante le sfide, CRISPR ha chiaramente mostrato un enorme potenziale per facilitare l'alterazione del DNA genomico che aiuterà i ricercatori a capire più rapidamente come funzionano le decine di migliaia di geni nel genoma umano. Questo da solo ha importanti implicazioni per il miglioramento del trattamento e della diagnosi della malattia. Inoltre, con uno sviluppo aggiuntivo, la tecnologia stessa può essere utile per un nuovo tipo di terapia. Potrebbe fornire un nuovo approccio per la terapia genica . Tuttavia, questi progressi sono lontani. Per ora, è semplicemente emozionante osservare il rapido sviluppo di questo nuovo strumento di ricerca e riflettere sui tipi di esperimenti che può consentire.
(Pubblicato: 30 settembre 2013)