Scoperta a Trento la proteina “cecchino” che può fare la differenza contro le malattie genetiche

E’ di un team di ricerca del CIBIO (Center for Integrative Biology) di Trento la scoperta di evoCas9, la “forbice biomolecolare” di grande precisione capace di “tagliare” i tratti di DNA malato di una cellula affetta da mutazioni senza ulteriori danni per i geni sani.

Si tratta della tecnica di editing genomico in assoluto più avanzata e precisa che l’umanità ad oggi abbia perfezionato, con grande orgoglio dell’Università di Trento e tanta attenzione da parte della comunità scientifica di tutto il mondo. La scoperta è stata pubblicata alla fine di gennaio sulla prestigiosa rivista scientifica Nature Biotechnology ed ha subito avuto una risonanza mediatica di portata planetaria. Questo ha portato la notizia a raggiungere con velocità anche il grande pubblico, che con numerosissime chiamate e mail si è messo in contatto con l’Università di Trento, riserbando tanta curiosità e speranze nei confronti di questo importante passo avanti nella cura delle malattie genetiche

Mercoledì 28 febbraio 2018 l’Università ha risposto alla grande partecipazione e sensibilità della cittadinanza attraverso le parole di Alessandro Quattrone (Direttore del CIBIO), Anna Cereseto (responsabile del laboratorio di virologia molecolare) e Antonio Casini (primo firmatario dell’articolo, assieme a Michele Olivieri, Gianluca Petris, Claudia Montagna, Giordano Reginato, Giulia Maule, Francesca Lorenzin, Davide Prandi, Alessandro Romanel, Francesca Demichelis, Alberto Inga e Anna Cereseto), con una presentazione pubblica della scoperta che potrebbe rimanere scolpita nella storia del progresso scientifico del neonato millennio.

Ma che cos’ è evoCas9 e come funziona?

Come dice il nome stesso, evoCas9 è l’evoluzione di CRISPR/Cas9. Il CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) è un meccanismo di difesa presente nel sistema immunitario dei batteri, che li aiuta a proteggersi dalle infezioni virali. Un virus attacca la cellula batterica iniettandone al suo interno il DNA virale, ma i batteri esprimono dei geni, chiamati Cas, portatori delle informazioni necessarie alla sintesi di enzimi capaci di attaccare il DNA virale, tagliandolo. Questo processo è stato osservato per la prima volta nel 2005 da un gruppo di ricerca che cercava di incrementare la produzione di Streptococcus, il batterio utilizzato per la produzione dello yogurt alimentare che tutti noi mangiamo.

Nel 2012 le ricercatrici Jennifer Doudna e Emmanuelle Charpentier hanno fatto la prima importantissima scoperta che sancisce la nascita di un nuovo approccio nella correzione genomica: con le opportune modifiche, il sistema CRISPR/Cas9 può agire anche su cellule eucariote, tagliando il DNA in un punto specifico, dove può essere presente una mutazione, per eliminare la base azotata o la sequenza di basi mutanti e sostituirle con quelle canoniche. E’ dunque stato possibile trasferire una proteina batterica in cellule con caratteristiche simili alle cellule umane, e questo passo ha sancito la fusione tra due linee di ricerca, una sulla biologia di CRISPR/Cas9 e l’altra che riguarda il genome editing, ovvero la possibilità di riscrivere il DNA laddove sia sbagliato. Solo tre anni dopo questa strabiliante pubblicazione la rivista scientifica Wired dedicherà a questa scoperta la copertina di cui è stata riportata l’immagine in questo articolo, con questa dicitura: “No hunger. No pollution. No disease. And the end of life as we know it.”

Cas9, però, non ha un’azione molto precisa. Oltre al sito bersaglio può colpire anche siti diversi del genoma, con effetti imprevedibili, assolutamente da evitare, soprattutto in ambito clinico nella futura cura di pazienti. Le 23 coppie di cromosomi che compongono il nostro corredo genetico subiscono una serie di variazioni nella loro struttura a causa del taglio non così specifico attuato da Cas9. Il team di ricerca del CIBIO, che ha coinvolto tre laboratori e numerosi ricercatori, con una metodologia innovativa è riuscito a far subire a Cas9 un processo di evoluzione in vitro, perfezionando la proteina evoCas9, molto più precisa e sicura. Ci sono infatti delle malattie genetiche che colpiscono solo un allele all’interno di una coppia di cromosomi che compongono il DNA, in questi casi uno dei due alleli è mutante e provoca la malattia. A volte gli alleli della coppia sono molto simili se non per uno specifico e piccolissimo pattern, ed è necessario individuare questa minima differenza per correggerla, cosa che Cas9 con la sua imprecisione non sarebbe in grado di fare. Il team di ricerca Trentino si è avvalso della sperimentazione sui lieviti (le cui cellule si comportano per alcuni aspetti in maniera molto simile a quelle dell’essere umano) per perfezionare i meccanismi messi in atto da una sorta di molecola pilota di RNA presente nel sistema Cas9, che è ora in grado di individuare con estrema precisione queste differenze minime e tagliarle iperselettivamente, con un indice di successo del 99%.

Questa scoperta ha una storia che affascina incredibilmente, ma che ci parla anche di dolore, perchè le malattie sono fonte di sofferenza e hanno un significato importante nella consapevolezza della fragilità e vulnerabilità umana. Le grandi scoperte assomigliano un pò a sassolini lanciati in uno stagno, increspano la superficie della nostra ignoranza stravolgendo a volte la consapevolezza di cosa siamo e di cosa possiamo fare per portare un beneficio concreto all’umanità. In questo caso ci troviamo di fronte a una scoperta che in modo molto chiaro ci dice che ci possono essere, in un possibile futuro, dei benefici per le persone, mostrandoci una via concreta di modifica del DNA per correggere quegli errori che, ogni tanto, la natura fa. Questi errori si chiamano malattie genetiche. E permette di farlo in un modo preciso prima non conosciuto, con delle possibilità di applicazione potenzialmente straordinarie, se la ricerca sarà opportunamente portata avanti. “Ogni tanto qualcuno mi chiede se la ricerca è finanziata abbastanza – afferma il Rettore Paolo Collini nel suo discorso di apertura della presentazione pubblica della scoperta – Io rispondo di no, perchè la ricerca non ha un limite. Non si può dire di aver scoperto tutto, e che quindi siamo a posto così. C’è sempre qualcosa che si può fare, c’è sempre qualcosa che si potrebbe fare prima e meglio, anticipando i tempi. E questo dipende dalle risorse che si hanno a disposizione”.

Riguardo alla tecnologia CRIPSR/Cas9, infatti, vari centri di ricerca, dalla Cina alla Pennsylvania, università pubbliche e aziende private si sono gettate a capofitto in questa corsa contro il tempo in cui l’obiettivo è uno: rendere questo metodo sicuro e preciso, così da poterlo utilizzare sui pazienti che ne hanno bisogno. Cosa che ad oggi pare fare nella maniera migliore in assoluto e con un vantaggio non indifferente rispetto al resto del mondo proprio evoCas9, scoperta qui, a Trento. All’Università di Stanford la ricercatrice Maria Grazia Roncarolo, una delle tante ricercatrici e ricercatori italiani emigrati all’estero dove la ricerca è maggiormente finanziata, proprio quest’anno, nel 2018, guiderà un progetto di ricerca sull’utilizzo della tecnologia CRISPR/Cas9 su persone affette da anemia falciforme, una malattia che affligge specificatamente i globuli rossi del sangue. E allo stesso modo in tanti altri centri si stanno pianificando progetti di ricerca che si auspicano la sconfitta di terribili patologie come malattie genetiche che portano a cecità progressiva, malattie del midollo spinale come la SLA, o alcuni tipi di cancro.

In momenti come questi la scienza potrebbe non avere il tempo di aspettare grant e finanziamenti esteri per poter procedere con ricerche di questa portata, con il rischio di non presentare più quelle caratteristiche di innovazione e avanguardia dopo qualche anno di immobilità e attesa. Ed è proprio per questo motivo che l’Università di Trento si mette in gioco in una iniziativa mai sperimentata prima: lancia una campagna di crowfunding dal basso, facendo un appello direttamente ai cittadini e agli studenti di tutta la Provincia per chiamarli a partecipare direttamente a questo momento così importante per la storia del progresso scientifico, ciascuno secondo le proprie possibilità. A questo link è possibile fare una donazione, da 1 euro in su : https://www.unitn.it/correttore-genomico

L’obiettivo è raccogliere un totale di 120.000 euro che serviranno a coprire sia le spese di laboratorio sia lo stipendio per quattro ricercatori, ciascuno coinvolto in uno di questi quattro obiettivi che il progetto di ricerca intende raggiungere:

  1. Ottimizzare il trasferimento di evoCas9, rendendola più facilmente iniettabile nelle cellule malate. Infatti la proteina è ancora piuttosto grande e ingombrante, e si potrebbero ottimizzare i risultati riducendone la dimensione.
  2. Potenziare la tecnica di sostituzione genica (riparo di intere sequenze). Ci sono dei casi, in malattie genetiche più complesse, in cui il taglio attuato da Cas9 non è sufficiente: è necessario inserire artificialmente una specifica sequenza di basi azotate, una sorta di “cerotto” di DNA. Tuttavia questi “cerotti” ad oggi sono ancora piuttosto instabili, ed è necessario capire come fissarli meglio nel DNA.
  3. Evoluzione di proteine mutate capaci di annullare gli effetti di malattie più complesse, non grazie a una correzione diretta del genoma, a volte infattibile, ma tramite neutralizzazione di determinati effetti ad opera di proteine geneticamente modificate ad hoc.
  4. Compensazione di alcune alterazioni per aumento della funzione genica, ovvero “spingere” la cellula a funzionare meglio e a esprimere meglio tramite i suoi geni la sintesi delle proteine necessarie.

Francois Jacob, premio Nobel per la medicina nel 1968, un tempo disse: “Nella scienza facciamo progressi nello spazio che si colloca tra l’immaginabile e il concreto”. Ad oggi il sogno da raggiungere è la cura delle malattie genetiche, e la fine della sofferenza per milioni di persone. Il concreto è evoCas9, e il lavoro del team di ricerca del CIBIO che speriamo di poter avere la possibilità di ospitare in Trentino e in Italia anche negli anni futuri.

La conferenza completa “Verso il correttore genomico – una rivoluzione nella cura delle malattie” a questo link https://www.youtube.com/watch?v=1esS-Q0BAzI&t=28s