La ricerca scientifica orientata all’applicazione in medicina dell’ingegneria genetica continua a progredire. Nuove scoperte ampliano e raffinano gli strumenti in grado di operare il cosiddetto “editing genico” ossia l’attività di revisione e correzione degli errori che avvengono durante la duplicazione della cellula. In due recenti editoriali (“Taglia e incolla molecolare” Gli ultimi sviluppi vengono dall'anemia falciforme e “Taglia e incolla molecolare” I progressi nelle terapie geniche per l’infezione da HIV), abbiamo ripercorso alcuni sviluppi della “chirurgia genetica” nell’anemia falciforme e nell’infezione da HIV, evidenziando gli attuali limiti e ostacoli di sicurezza (es. attività off-target) e accennando alle questioni etiche connesse. Uno studio pubblicato il primo aprile su Nature (In vivo genome editing using Staphylococcus aureus Cas9) riporta quello che sembrerebbe un ulteriore perfezionamento nella tecnica di editing genetico che si avvale delle CRISPR (brevi ripetizioni palindromiche interspaziate regolarmente raggruppate), particolari sequenze di DNA che agiscono direttamente sulla mutazione non lasciando traccia del gene alterato.

Il metodo è già utilizzato in laboratorio per inserire e rimuovere i difetti del genoma in embrioni animali. Ma le istruzioni genetiche per il meccanismo delle CRISPR - un enzima di editing genico chiamato Cas9 e le molecole RNA che lo guidano alla cellula target - sono troppo grandi per essere efficientemente trasportate nella maggior parte delle cellule del corpo umano. Adesso Feng Zhang e i colleghi del Broad Institute di Harvard e del MIT (Cambridge, Massachusetts) hanno individuato e sperimentato su topi una possibile soluzione per aggirare l’ostacolo, che potrebbe aprire la strada a nuovi trattamenti per una serie di malattie genetiche: un enzima Cas9 codificato da un gene nello Staphylococcus aureus, un batterio più noto per causare infezioni della pelle e intossicazioni alimentari, più di 1.000 lettere di DNA più piccolo del gene che codifica l’enzima Cas9 attualmente in uso.

Come evidenzia Heidi Ledford su Nature(Mini enzyme moves gene editing closer to the clinic), l’editing del genoma ha generato polemiche, per via di alcuni report, non confermati, che riferiscono un suo impiego su embrioni umani. Alcuni scienziati hanno espresso la preoccupazione che la tecnica possa essere utilizzata dagli specialisti della fertilità per modificare i geni di embrioni umani prima che ne sia stata stabilita la sicurezza (E. Lanphier et al. Nature 519, 410–411; 2015). “Tale preoccupazione - aggiunge Ledford – è aggravata dal fatto che le modifiche apportate agli embrioni verrebbero trasmesse a tutte le generazioni successive senza che gli interessati abbiano l'opportunità di esprimere il consenso (Nature 519, 272; 2015). Invece nelle cellule non riproduttive di bambini e adulti, in cui non si pongono questioni intergenerazionali, i ricercatori e le aziende fanno già a gara per sviluppare le CRISPR come strumento clinico. Tuttavia, l’applicazione delle CRISPR in cellule adulte potrebbe rivelarsi più difficile rispetto al loro impiego negli embrioni –scrive Ledford – Un embrione, infatti, è costituito da un piccolo numero di cellule che danno origine a un essere umano. Per modificare il genoma in questa fase basterebbe introdurre in quelle cellule le componenti CRISPR necessarie. Un essere umano adulto, invece, è un insieme di miliardi di cellule assemblate in molti tessuti differenti. I ricercatori hanno il problema di come indirizzare le CRISPR alle specifiche cellule in cui i geni difettosi alterano i processi fisiologici”.

Molti ricercatori di terapie geniche si servono di un virus chiamato AAV (virus adeno-associato) per trasportare i geni esterni nelle cellule umane mature. Tuttavia, la maggior parte dei laboratori utilizza un gene troppo grande per trovare spazio all’interno del genoma del virus AAV accanto alle sequenze aggiuntive necessarie per la funzione Cas9. Feng Zhang e colleghi hanno deciso di trovare una soluzione all’interno dei genomi batterici, poiché il sistema CRISPR è derivato da un processo che i batteri utilizzano per tagliare sequenze di DNA indesiderate dai loro genomi. Il team di Zhang ha analizzato i geni che codificano più di 600 enzimi Cas9 di centinaia di batteri in cerca di una versione più piccola da incorporare nell’AAV e trasportare nelle cellule mature. Il gene che codifica Cas9 nello Staphylococcus aureus era più di 1.000 lettere di DNA più piccolo di quello comunemente usato. I ricercatori lo hanno così “impacchettato” nell’AAV con gli RNA che dovevano raggiungere l’enzima per la modifica di un gene regolatore del colesterolo nel fegato. Dopo aver iniettato per una settimana il virus modificato nei topi, i ricercatori hanno scoperto che oltre il 40% delle cellule epatiche conteneva il gene modificato.

L’ingegnere biomedico Charles Gersbach della Duke University di Durham (North Carolina) si è detto ansioso di utilizzare l’enzima Cas9 più piccolo nei topi per cercare di correggere mutazioni associate alla distrofia muscolare di Duchenne, una malattia devastante che colpisce 1 bambino su 3500 in tutto il mondo. “Forse questo sarà il metodo che porterà le CRISPR nella clinica – afferma Gersbach – ma è troppo presto per dirlo. È un settore in rapida evoluzione. Ci sono molte cose che non sono state ancora sperimentate."

La ricerca va avanti in tutto il mondo. C’è chi, come David Liu, biologo chimico dell’Università di Harvard, ha sviluppato una tecnica per trasportare nelle cellule la proteina Cas9 più grande, legata ai suoi RNA-guida, senza fare affidamento su un virus. E chi, come Nessan Bermingham, chief executive di Intellia Therapeutics a Cambridge si aspetta “che i laboratori sviluppino molteplici meccanismi di consegna su misura per i singoli tessuti”.