Come funziona la tecnica Crispr-Cas9?

CRISPR-Cas9: Un bisturi molecolare per la correzione del genoma

La rivoluzione biotecnologica degli ultimi anni è fortemente legata ad una tecnica di editing genetico rivoluzionaria: CRISPR-Cas9. Questo sistema, ispirato ai meccanismi di difesa batterica contro i virus, si sta affermando come strumento potente e versatile per manipolare il DNA con una precisione senza precedenti, aprendo nuove strade nella ricerca biomedica e in altre discipline. Ma come funziona questo “bisturi molecolare”?

La chiave del successo di CRISPR-Cas9 risiede nella sua semplicità e precisione. Il sistema si compone di due componenti principali:

• Cas9: un enzima, una sorta di “forbice molecolare”, con la capacità di tagliare le due eliche del DNA in punti specifici.
• RNA guida (gRNA): una breve sequenza di RNA che funge da “sistema di navigazione”. Questa molecola, progettata in laboratorio, è complementare alla sequenza di DNA bersaglio che si desidera modificare. È grazie al gRNA che Cas9 viene indirizzato con precisione al punto esatto del genoma dove deve agire.

Il meccanismo d’azione si articola in due fasi principali:

1. Targeting e taglio del DNA: Il complesso Cas9-gRNA si lega al DNA attraverso l’appaiamento di basi complementari tra il gRNA e la sequenza bersaglio. Una volta individuato il sito specifico, l’enzima Cas9 crea un taglio a doppia elica nel DNA. Questo taglio crea una rottura nel filamento di DNA, innescando i naturali meccanismi di riparazione della cellula.

2. Riparazione del DNA: Ed è proprio nella fase di riparazione che si manifestano le due principali modalità d’azione di CRISPR-Cas9:

   • Knockout genico (silenziamento): La cellula, per riparare la rottura del DNA, utilizza un meccanismo chiamato “non-homologous end joining” (NHEJ). Questo processo, seppur efficace nel ricongiungere i frammenti di DNA, è spesso soggetto ad errori. Questi errori possono introdurre mutazioni nella sequenza, rendendo il gene non funzionale o significativamente alterato nella sua espressione. In pratica, il gene viene “spento”. Questo approccio è particolarmente utile per studiare la funzione di un gene specifico o per disattivare geni coinvolti nello sviluppo di malattie.

   • Correzione genica (editing preciso): In questo caso, oltre al complesso Cas9-gRNA, si fornisce alla cellula un frammento di DNA donatore contenente la sequenza corretta del gene. La cellula, utilizzando un altro meccanismo di riparazione chiamato “homology-directed repair” (HDR), utilizza il frammento donatore come stampo per riparare la rottura, integrando così la sequenza corretta nel genoma. Questo metodo permette di correggere mutazioni puntiformi o di inserire nuove sequenze di DNA, offrendo potenzialità enormi per il trattamento di malattie genetiche.

CRISPR-Cas9 rappresenta una svolta tecnologica straordinaria, ma la sua applicazione presenta anche sfide etiche e tecniche da affrontare con attenzione. Nonostante ciò, il suo potenziale per la cura di malattie genetiche, lo sviluppo di nuove terapie e la comprensione dei processi biologici è immenso, aprendo la strada a un futuro in cui la manipolazione del genoma potrebbe diventare uno strumento routinario per migliorare la salute umana e l’ambiente.