La tecnologia di modifica genica che utilizza il sistema CRISPR-Cas9 può portare a molte mutazioni indesiderate. Questa conclusione è stata raggiunta dagli scienziati del Columbia University Medical Center. "Lenta.ru" parla di un nuovo studio, i cui risultati sono stati pubblicati sulla rivista Nature Methods.
CRISPR / Cas9 è un meccanismo molecolare che esiste all'interno dei batteri e consente loro di combattere i virus con batteriofagi. I CRISPR sono "cassette" all'interno del DNA di un microrganismo, che sono costituite da sezioni ripetute e sequenze uniche chiamate spaziatori. Questi ultimi sono frammenti di DNA virale. In sostanza, CRISPR può essere pensato come una banca dati contenente informazioni sui geni degli agenti patogeni. La proteina Cas9 utilizza queste informazioni per identificare correttamente il DNA estraneo e renderlo innocuo tagliandolo in una posizione specifica.
L'accuratezza di CRISPR / Cas9 consente di utilizzarlo come strumento di modifica genetica molto più efficace dei metodi esistenti in precedenza. I ricercatori inseriscono una cassetta di DNA contenente il gene della proteina Cas9 e una regione che codifica una speciale molecola di RNA target (sgRNA) nella cellula, nel cui genoma devono essere apportate modifiche. Quest'ultimo può attaccarsi a una posizione specifica nel genoma, indicando a Cas9 dove tagliare. È quindi possibile inserire il gene o il gruppo di geni desiderati nello spazio, creando una cellula modificata.
Il vantaggio di CRISPR / Cas9 è che può apportare modifiche precise, riducendo il numero di tagli indesiderati (effetti fuori bersaglio) in altre parti del genoma. Inoltre, consente di risparmiare tempo e denaro, a differenza di altri metodi ampiamente utilizzati che utilizzano enzimi nucleasi. Il sistema CRISPR è più adatto per situazioni in cui è necessario correggere più geni difettosi contemporaneamente, poiché richiede solo la sintesi del corrispondente sgRNA. Nel caso delle nucleasi, per ogni specifico sito di DNA, è necessario assemblare il proprio enzima specifico, che è più lungo e più costoso.
Credito immagine artistica CRISPR / Cas9: Steve Dixon / Feng Zhang / MIT
La tecnologia divenne rapidamente popolare, non solo tra gli scienziati, ma anche nella cultura popolare. Ad esempio, appare nella trama di alcuni episodi della nuova stagione di X-Files come un'arma di distruzione di massa. Anche il direttore dell'intelligence nazionale statunitense, James Clapper, ha espresso la sua preoccupazione, che crede che l'ingegneria genetica sia una minaccia. Tuttavia, qualsiasi tecnologia è pericolosa se utilizzata in modo errato. Ad esempio, l'uso inetto e frequente di antibiotici, che hanno salvato la vita a centinaia di migliaia di persone, sta alimentando l'emergere di superbatteri resistenti agli antimicrobici.
Nonostante la finzione, CRISPR / Cas9 da solo, come gli antibiotici, non può essere utilizzato come arma di distruzione delle persone. Ma puoi creare organismi modificati, come le zanzare, che diffonderanno il gene difettoso nella loro popolazione, il che può portare a una forte diminuzione del numero di insetti succhiatori di sangue. I biologi esortano a essere estremamente attenti a tali applicazioni.
Le cellule immunitarie attaccano la crescita cancerosa Foto: Steve Gschmeissner / Science Photo Library
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Allo stesso tempo, molte biotecnologie ritengono che la tecnologia consentirà di trattare con successo malattie pericolose, comprese quelle causate da cause genetiche. Ad esempio, alla fine del 2016, la Cina aveva già sperimentato il trattamento del cancro ai polmoni aggressivo. Le cellule immunitarie del paziente sono state rimosse e il gene che sopprime la lotta contro i tumori maligni è stato disattivato. La procedura di modifica del genoma ha avuto successo e le cellule sono state reintrodotte nel corpo del paziente.
CRISPR / Cas9 ha i suoi svantaggi. Così, il DNA rotto dalle "forbici" molecolari perde parte della sequenza, che impedisce l'editing "puntuale", cioè la sostituzione di un singolo nucleotide. I biotecnologi stanno creando versioni migliorate del sistema superando questi limiti. Ad esempio, i ricercatori sudcoreani hanno combinato l'enzima Cas9 con un'altra proteina, la citidina deaminasi. Questo ha insegnato a CRISPR / Cas9 a fare sostituzioni di singoli nucleotidi.
Tuttavia, c'è un altro problema. Il fatto è che questa tecnologia può anche introdurre mutazioni indesiderate e gli scienziati non hanno ancora compreso appieno come questo possa essere eliminato. Quando si tratta di curare le persone, il rischio è ancora irragionevolmente alto: i cambiamenti collaterali nel genoma possono danneggiare notevolmente la salute.
Alcuni algoritmi possono prevedere dove nel genoma possono essere effettuate sostituzioni non necessarie. Funzionano molto bene quando CRISPR modifica singole cellule o tessuti, ma non vengono utilizzati quando si tratta di organismi viventi.
Struttura CRISPR / Cas9 Foto: Ian Slaymaker / Broad Institute
Ad esempio, i biotecnologi della Columbia University hanno utilizzato la tecnologia per rimuovere le mutazioni che innescano la retinite pigmentosa. Per questo, le cellule della pelle sono state prelevate dal paziente e riprogrammate in cellule staminali. Il difetto è stato quindi corretto utilizzando una cassetta CRISPR. Tali cellule modificate possono essere convertite in cellule retiniche e trapiantate in un paziente per ripristinare la vista.
Inoltre, gli stessi scienziati hanno creato topi geneticamente modificati, a cui è stato iniettato CRISPR nella fase dello zigote. I ricercatori hanno quindi sequenziato (determinato la sequenza nucleotidica) l'intero genoma dei topi. Sebbene CRISPR abbia corretto con successo un gene in cui il difetto causava cecità, ha anche introdotto oltre 1.500 mutazioni a singolo nucleotide e oltre 100 delezioni (delezioni di brevi sezioni) e inserzioni. Nessuno di questi cambiamenti indesiderati è stato previsto da algoritmi informatici.
La modifica del genoma è un buon modo per trattare le malattie ereditarie che sono attualmente incurabili. Secondo Stephen Tsang, lui ei suoi coautori ritengono che sia importante per gli scienziati di ingegneria genetica essere consapevoli dei potenziali pericoli di mutazioni indesiderate che sorgono durante la modifica del DNA. Tali mutazioni includono sia sostituzioni nucleotidiche nelle regioni codificanti del genoma, sia nelle regioni non codificanti, dove si trovano gli elementi regolatori (controllano l'attività dei geni).
Nonostante le mutazioni, i topi si sono comportati bene. I biotecnologi rimangono ottimisti sulla terapia genica poiché qualsiasi intervento medico ha effetti collaterali. Hai solo bisogno di sapere cosa sono. In futuro, ciò migliorerà la tecnologia per ridurre al minimo gli effetti fuori bersaglio.
Alexander Enikeev
