Cos’è il Genome
Editing? Si tratta in termini generali dello sfruttamento del sistema
immunitario adattativo scoperto nei batteri, con importanti implicazioni per la
medicina di domani e che qualcuno vuole utilizzare per il miglioramento
genetico delle piante alimentari, per conferire loro resistenza a malattie di
origine batterica, virotica o fungina, per far produrre loro nutraceutici e,
perché no, per renderle resistenti a particolari sostanze e/o situazioni
(diserbanti, caldo, freddo, ecc.).
Si chiama CRISPR/Cas9.
L’acronimo sta per l’enzima prodotto dal gene Cas9 e i Clustered
Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, le ripetizioni
palindromiche di gruppi di Dna
estraneo (di virus o
quant’altro) disposti a intervalli regolari.
Il sistema CRISPR–Cas9,
scoperto nel 2005 nell'ambito delle applicazioni biotecnologiche per la
produzione casearia, è un meccanismo di difesa immunitaria utilizzato dai
batteri per resistere alle infezioni dei virus batteriofagi.
Nel corso dell'evoluzione, i batteri hanno imparato a immagazzinare parte del DNA dei virus nel proprio genoma e ad utilizzarlo per difendersi da una successiva infezione degli stessi virus, grazie a un ingegnoso meccanismo. Per dar corpo a questo meccanismo sono due gli strumenti necessari:
Nel corso dell'evoluzione, i batteri hanno imparato a immagazzinare parte del DNA dei virus nel proprio genoma e ad utilizzarlo per difendersi da una successiva infezione degli stessi virus, grazie a un ingegnoso meccanismo. Per dar corpo a questo meccanismo sono due gli strumenti necessari:
- un enzima capace di
tagliare il DNA (nel caso specifico quello del virus, ma può essere utilizzato
per tagliare il DNA di altri organismi), la Cas9 endonucleasi;
- una molecola di RNA ogni volta diversa, che serve ad
indirizzare l’enzima CAS9 su una sequenza corrispondente nella doppia elica del
virus, dove avverrà l’incisione.
Da dove viene questo
attrezzo biologico? Da una specie di sistema immunitario con cui la
maggior parte dei batteri si difende dai virus. In pratica, ogni volta che un
batterio incontra un batteriofago ne colleziona un pezzo di DNA. È una
specie di foto segnaletica. Dopo ogni esposizione a un virus resta questo
ricordo, che il batterio incastona nel proprio DNA, per poi utilizzarlo nel
caso di una nuova infezione da parte dello stesso virus.
Quando i batteri incontrano un altro
virus che ha una di quelle sequenze, lo riconoscono e quindi
producono l’RNA corrispondente. Poi, con l’RNA montato sulla Cas9, piombano sul
punto preciso del DNA virale e lo tagliuzzano. A quel punto il virus, con i
geni a pezzi, è diventato inservibile e innocuo.
Ulteriori studi hanno
permesso di scoprire i dettagli molecolari del funzionamento di Cas9 che, una
volta associato a un'opportuna sequenza di RNA, può essere utilizzato dai
ricercatori per tagliare il genoma anche di altre cellule eucariote,
modificando nel modo voluto specifici geni, in quello che viene definito
Editing Genetico.
Cas9 insieme all’RNA formano un ribozima, un’antica invenzione che è alla base della vita, permettendo la sintesi di proteine in ogni cellula; i ribosomi, sono dei ribozimi. Diventa chiaro che il ribozima puo’ funzionare con qualunque sequenza guida a RNA che segua poche semplici regole. Da qui a dimostrare che Cas9 taglia qualunque sequenza di DNA in modo preciso ed efficiente, se armato dell’RNA complementare corrispondente, il passo e’ breve. E ancora meno a capire che il sistema costituisca l’equivalente di una microscopica forbice molecolare specifica per manipolare in DNA a piacere. Infatti, si scopre che in cellule eucariotiche, come le nostre, i tagli vengono riparati in modo imperfetto, creando frequentemente microinserzioni o delezioni, ovvero l’aggiunta o la cancellazione di alcune basi del DNA nella regione riconosciuta (mutazioni), la condizione perfetta per modificare geni direttamente dove risiedono nel genoma.
Cas9 insieme all’RNA formano un ribozima, un’antica invenzione che è alla base della vita, permettendo la sintesi di proteine in ogni cellula; i ribosomi, sono dei ribozimi. Diventa chiaro che il ribozima puo’ funzionare con qualunque sequenza guida a RNA che segua poche semplici regole. Da qui a dimostrare che Cas9 taglia qualunque sequenza di DNA in modo preciso ed efficiente, se armato dell’RNA complementare corrispondente, il passo e’ breve. E ancora meno a capire che il sistema costituisca l’equivalente di una microscopica forbice molecolare specifica per manipolare in DNA a piacere. Infatti, si scopre che in cellule eucariotiche, come le nostre, i tagli vengono riparati in modo imperfetto, creando frequentemente microinserzioni o delezioni, ovvero l’aggiunta o la cancellazione di alcune basi del DNA nella regione riconosciuta (mutazioni), la condizione perfetta per modificare geni direttamente dove risiedono nel genoma.
Purtroppo non sono
tutte rose e fiori: non sappiamo ancora quanto preciso e affidabile sia Cas9.
Se lo usassimo in futuro per modificare il DNA di un malato (per spegnere un
oncogene), provocheremmo anche altre modifiche nel suo genoma? Questo è
possibile, se non altro perchè le sequenze guida sono piuttosto corte e non
sempre sono uniche in un genoma.
Non sappiamo ancora
bene cosa succeda durante la riparazione del DNA tagliato da Cas9 e qual’è l’esatto
spettro di modifiche che ciò implica. In più riparare il DNA tagliato su
entrambi i filamenti della doppia elica è un affare notoriamente complesso e
rischioso, tanto è vero che la riparazione del DNA è uno dei sistemi che
vengono quasi universalmente disabilitati dai tumori.
C’è qualche evidenza
che fornendo due RNA guida in zone limitrofe si possa cancellare l’intera
regione di DNA compresa.
Inoltre, introducendo
oltre a guide a RNA ad hoc anche un DNA stampo, Cas9 può anche correggere
sequenze a piacere, non solo cancellare o aggiungere basi a caso.
Infine, disegnando più
di una guida di RNA per riconoscere regioni sufficientemente distanti, si
possono produrre mutazioni in più geni contemporaneamente.
L’introduzione o la
cancellazione di più sequenze in modo simultaneo e controllato promette di
aumentare enormemente la flessibilità’ del sistema, permettendo di ridisegnare
geni a piacere in modo preciso.
Però non è ancora del
tutto dimostrato quanto realizzabili, efficienti e fedeli siano queste variazioni.
Nonostante ciò, volendo essere ottimisti e visionari, come per deformazione
professionale lo sono gli scienziati, bisogna notare come la scoperta di
CRISPR/Cas9 stia già rivoluzionando la scienza in laboratorio. Per ora sembra
che Cas9 e le sequenze guida di RNA possano essere introdotte in qualunque
cellula di qualunque organismo.
Ciò ha già permesso di
modificare organismi modello impermeabili ad altri sistemi, sviluppare sistemi
di screening innovativi in cellule in coltura e di velocizzare enormemente la
costruzione di organismi modello complessi per svariate malattie.
Non si vede come nel
medio-lungo periodo queste scoperte non debbano maturare una miriade di
applicazioni tecnologiche da adottare con le dovute cautele anche per la
medicina del futuro.
Come al solito,
ovviamente, un conto è l'applicazione in medicina, che deve affrontare
problematiche connesse alla vita o alla morte, un conto, in sintonia con il
Principio di Precauzione, è l'utilizzazione di tecnologie fortemente innovative
per la modificazione del cibo che tutti i giorni siamo costretti ad ingerire.
In particolare:
- il cibo ottenuto avrà
le stesse caratteristiche di quello precedente?
- nel caso in cui non
ci trovassimo di fronte allo stesso identico alimento, lo potremo comunque
utilizzare con le stesse modalità di quello convenzionale?
- otterremo da questo
alimento gli stessi apporti nutrizionali?
- nel caso in cui
utilizzassimo il Genome Editing per "migliorare" un alimento, grazie
alla presenza di «sostanze fortificanti», verrà ridotta l’incidenza di una
certa malattia, ma la possibilità di contrarre altre malattie rimarrà la
stessa, diminuirà o aumenterà?
- la nostra dieta
quotidiana potrà rimanere invariata, oppure dovrà trasformarsi in relazione
alla presenza di un "alimento diverso" che, oltre all’apporto o
sottrazione di un determinato nutrimento, porta con sé altri effetti?
- in definitiva, consapevoli
del fatto che non esistono «alimenti buoni o cattivi», ma solo «regimi
alimentari buoni o cattivi», quando il consumatore potrà utilizzare per la
dieta quotidiana un alimento modificato nelle sue caratteristiche iniziali,
aumenterà o diminuirà la probabilità di dar luogo a una dieta equilibrata
nell’apporto dei fondamentali fattori nutrizionali?
- aumenterà o diminuirà
la probabilità di mantenere o addirittura migliorare lo stato di salute, così
come auspicato?
Sarà compito della
ricerca scientifica fornire dati seri circa gli effetti sulla salute di questi
nuovi alimenti, affiché sia possibile informare correttamente il consumatore
circa le loro caratteristiche e consentire una scelta consapevole tramite
adeguata etichettatura.
Le possibilità offerte
dal Genome Editing possono rappresentare un vero e proprio stravolgimento delle
abitudini dietetiche della nostra società, che diviene sempre più complessa
anche dal punto di vista delle scelte alimentari, con particolare riferimento a
quella frangia di popolazione che potrebbe ricavare enormi benefici dalla
presenza di funzionalità specifiche negli alimenti. Infatti essi
consentirebbero anzitutto di avere cibi privi di sostanze dannose alla salute,
come gli allergeni incriminati o le sostanze nocive per chi soffre di allergie
o di intolleranze alimentari. Inoltre sarebbero accessibili cibi arricchiti di
sostanze che prevengono l’insorgere di determinate malattie o «alimenti
potenziati» capaci di fornire agli atleti una dieta consona alla loro attività.
Tutto ciò può condurre a una trasformazione della dieta, interrompendosi il
collegamento tra alimento e caratteristiche nutritive normalmente apportate da
questo stesso alimento: la vitamina C sarà presente non solo nelle arance o nei
kiwi, ma anche nel riso, nelle patate e, magari, nel mais. Potrebbero sommarsi
contemporaneamente in un singolo alimento le caratteristiche nutrizionali che
oggi otteniamo con più alimenti, per cui la dieta quotidiana a base di amido,
carne, frutta, verdura, ecc. potrebbe diventare solo un ricordo del passato.
Così come si può immaginare — come provocazione — la scomparsa dell’allevamento
animale per la produzione di carne, in quanto le «proteine nobili» potrebbero
essere ottenute in grande quantità dalla coltivazione di specifiche piante
modificate nel loro DNA.
Purtroppo, però, la
modificazione del cibo, così come siamo abituati a consumarlo, non sono tutte
favorevoli. Essi dovranno rispondere a requisiti minimi essenziali di sicurezza
alimentare e ambientale, ai quali non è possibile derogare, riguardanti sia le
caratteristiche nutrizionali sia quelle produttive. Circa le prime, si esige
l’assenza di controindicazioni di ogni tipo, in quanto la sicurezza alimentare
del cibo è un prerequisito irrinunciabile: il cibo, per sua natura, non deve
nuocere alla salute.
Dal punto di vista
delle esigenze agricole e commerciali vi dovrà essere comprovata possibilità di
coesistenza con altre forme di agricoltura convenzionale e/o biologica: le
nuove piante non dovranno ostacolarne la crescita e lo sviluppo, né minacciare
la biodiversità. Inoltre vi dovrà essere separazione netta della filiera
distributiva di questi «nuovi prodotti» da quella degli alimenti convenzionali,
per evitare la confusione tra gli uni e gli altri da parte dei distributori e
dei consumatori. Il che genererà una lievitazione dei prezzi, che potrà essere
forse contenuta, ma non del tutto eliminata, dalla possibilità di ricorrere a
tecniche di produzione agricola già adottate per altre piante, al fine di
semplificare la coltivazione in pieno campo e frenare i costi di produzione.
Infatti perché possano affermarsi sul mercato e risultare reperibili essi
dovranno garantire una redditività favorevole per l’agricoltore, anche a
prescindere dalla presenza di contratti di coltivazione. Sul versante
dell’utilizzatore, sia esso privato o industria di trasformazione, dovrà
progressivamente realizzarsi una disponibilità all’utilizzo di questi
"nuovi alimenti".
Il problema di maggior
rilevanza riguarderà le caratteristiche qualitative di questi "nuovi
alimenti", poichè la facilità con la quale sarà possibile tagliare e
modificare il DNA consentirà un deciso sviluppo delle applicazioni, che, al
momento, è impossibile da prevedere. In particolare, ogni impresa sarà portata
a differenziarsi dalle altre offrendo un prodotto diverso, modificato secondo
esigenze per lo più commerciali (contenuto di sostanze, assenza di allergeni,
automazione produttiva, ecc.). A questo riguardo altre domande sorgono
spontanee:
- fino a che punto sarà
possibile modificare le caratteristiche dell'alimento convenzionale?
- chi deciderà la
quantità di principio attivo introdotto o potenziato presente nell’alimento?
- chi deciderà le altre
caratteristiche nutrizionali dell’alimento?
In definitiva, una volta che sul mercato saranno presenti questi "nuovi alimenti", occorrerà garantire al consumatore il diritto di operare una scelta consapevole, in quanto potrebbe essere modificata una una situazione che al momento, e nel complesso, è accettabile. In particolare, la massiccia presenza di alimenti esteriormente uguali, ma con caratteristiche nutrizionali diverse, aumenterebbe il rischio di indurre comportamenti alimentari errati. Si tratta di un pericolo reale, che non deve essere sottovalutato. Per questo motivo, oltre ai sopra citati requisiti minimi di sicurezza, occorrerà prevedere modalità di vendita che impediscano acquisti non consapevoli. Solo così saremo sicuri di avere introdotto una innovazione che tutelerà le possibilità di scelta di ognuno di noi.
In definitiva, una volta che sul mercato saranno presenti questi "nuovi alimenti", occorrerà garantire al consumatore il diritto di operare una scelta consapevole, in quanto potrebbe essere modificata una una situazione che al momento, e nel complesso, è accettabile. In particolare, la massiccia presenza di alimenti esteriormente uguali, ma con caratteristiche nutrizionali diverse, aumenterebbe il rischio di indurre comportamenti alimentari errati. Si tratta di un pericolo reale, che non deve essere sottovalutato. Per questo motivo, oltre ai sopra citati requisiti minimi di sicurezza, occorrerà prevedere modalità di vendita che impediscano acquisti non consapevoli. Solo così saremo sicuri di avere introdotto una innovazione che tutelerà le possibilità di scelta di ognuno di noi.
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