I ricercatori dell’ETH di Zurigo hanno sviluppato un metodo che consente loro di modificare geneticamente ogni cellula in modo diverso negli animali. Ciò consente loro di studiare in un unico esperimento ciò che prima richiedeva molti esperimenti su animali. Utilizzando il nuovo metodo, i ricercatori hanno scoperto geni rilevanti per una grave malattia genetica rara.
Un metodo collaudato per individuare le cause genetiche delle malattie è quello di eliminare un singolo gene negli animali e studiare le conseguenze che ciò ha per l’organismo. Il problema è che per molte malattie la patologia è determinata da più geni. Ciò rende estremamente difficile per gli scienziati determinare in che misura uno qualsiasi dei geni sia coinvolto nella malattia. Per fare ciò, dovrebbero eseguire molti esperimenti sugli animali, uno per ciascuna modificazione genetica desiderata.
I ricercatori guidati da Randall Platt, professore di ingegneria biologica presso il Dipartimento di scienza e ingegneria dei biosistemi dell’ETH di Zurigo a Basilea, hanno ora sviluppato un metodo che semplificherà e accelererà notevolmente la ricerca sugli animali da laboratorio: utilizzando le forbici genetiche CRISPR-Cas, apportano contemporaneamente diverse dozzine di cambiamenti genetici nelle cellule di un singolo animale, proprio come un mosaico. Sebbene in ciascuna cellula non venga alterato più di un gene, le varie cellule all’interno di un organo vengono alterate in modi diversi. Le singole cellule possono quindi essere analizzate con precisione. Ciò consente ai ricercatori di studiare le ramificazioni di molti cambiamenti genetici diversi in un singolo esperimento.
Prima volta negli animali adulti
I ricercatori dell’ETH di Zurigo hanno applicato con successo per la prima volta questo approccio su animali vivi, in particolare su topi adulti, come riferiscono nell’attuale numero di Nature. Altri scienziati avevano precedentemente sviluppato un approccio simile per le cellule in coltura o per gli embrioni animali.
Per “informare” le cellule dei topi su quali geni le forbici genetiche CRISPR-Cas dovrebbero distruggere, i ricercatori hanno utilizzato il virus adeno-associato (AAV), una strategia di consegna che può colpire qualsiasi organo. Hanno preparato i virus in modo che ciascuna particella virale portasse l’informazione per distruggere un particolare gene, quindi hanno infettato i topi con una miscela di virus che trasportavano istruzioni diverse per la distruzione del gene. In questo modo sono riusciti a disattivare diversi geni nelle cellule di un organo. Per questo studio, hanno scelto il cervello.
Scoperti nuovi geni patogeni
Utilizzando questo metodo, i ricercatori dell’ETH di Zurigo, insieme ai colleghi dell’Università di Ginevra, hanno ottenuto nuovi indizi su una rara malattia genetica nell’uomo, nota come sindrome da delezione 22q11.2. I pazienti affetti dalla malattia mostrano molti sintomi diversi, tipicamente diagnosticati con altre condizioni come la schizofrenia e il disturbo dello spettro autistico. Finora si sapeva che responsabile di questa malattia è una regione cromosomica contenente 106 geni. Si sapeva anche che la malattia era associata a più geni, tuttavia non si sapeva quale dei geni avesse un ruolo nella malattia.
Per il loro studio sui topi, i ricercatori si sono concentrati su 29 geni di questa regione cromosomica che sono attivi anche nel cervello dei topi. In ogni singola cellula cerebrale del topo, hanno modificato uno di questi 29 geni e poi hanno analizzato i profili RNA di quelle cellule cerebrali. Gli scienziati sono riusciti a dimostrare che tre di questi geni sono in gran parte responsabili della disfunzione delle cellule cerebrali. Inoltre, hanno trovato modelli nelle cellule del topo che ricordano la schizofrenia e i disturbi dello spettro autistico. Dei tre geni, uno era già noto, ma gli altri due non erano stati precedentemente al centro di molta attenzione scientifica.
“Se sappiamo quali geni di una malattia hanno un’attività anomala, possiamo provare a sviluppare farmaci che compensino tale anomalia”, afferma António Santinha, dottorando nel gruppo di Platt e autore principale dello studio.
In attesa di brevetto
Il metodo sarebbe adatto anche per l’uso nello studio di altre malattie genetiche. “In molte malattie congenite giocano un ruolo più geni e non uno solo, spiega Santinha. “Questo vale anche per le malattie mentali come la schizofrenia. La nostra tecnica ora ci permette di studiare tali malattie e le loro cause genetiche direttamente negli animali adulti.” Il numero di geni modificati potrebbe essere aumentato dagli attuali 29 a diverse centinaia di geni per esperimento.
“È un grande vantaggio che ora possiamo fare queste analisi sugli organismi viventi, perché le cellule si comportano diversamente in coltura rispetto a come si comportano come parte di un corpo vivente”, dice Santinha. Un altro vantaggio è che gli scienziati possono semplicemente iniettare gli AAV nel flusso sanguigno degli animali. Esistono vari AAV diversi con proprietà funzionali diverse. In questo studio, i ricercatori hanno utilizzato un virus che entra nel cervello degli animali. “A seconda di cosa stai cercando di indagare, però, potresti anche usare gli AAV che prendono di mira altri organi”, dice Santinha.
L’ETH di Zurigo ha richiesto un brevetto sulla tecnologia. I ricercatori ora vogliono usarlo come parte di uno spin-off che stanno creando.
Perturbare il genoma
La tecnica qui presentata fa parte di una serie di nuovi metodi di editing genetico utilizzati per alterare il genoma delle cellule in modo simile a un mosaico. Perturbazione CRISPR è il termine tecnico per questo approccio di ricerca che prevede la perturbazione del genoma utilizzando le forbici genetiche CRISPR-Cas. Questo approccio sta attualmente rivoluzionando la ricerca nelle scienze della vita. Permette di ottenere una grande quantità di informazioni da un singolo esperimento scientifico. Di conseguenza, l’approccio ha il potenziale per accelerare la ricerca biomedica, ad esempio nella ricerca delle cause molecolari di malattie geneticamente complesse.
Una settimana fa un altro gruppo di ricerca del Dipartimento di scienza e ingegneria dei biosistemi dell’ETH di Zurigo, in collaborazione con un team di Vienna, ha pubblicato uno studio in cui hanno applicato la perturbazione CRISPR negli organoidi (vedi ETH News). Gli organoidi sono sferoidi di microtessuti cresciuti da cellule staminali e hanno una struttura simile agli organi reali: in altre parole, sono una sorta di organo in miniatura. Si tratta di un metodo di ricerca senza animali che integra la ricerca sugli animali. Poiché entrambi i metodi – la perturbazione CRISPR negli animali e negli organoidi – possono fornire più informazioni con meno esperimenti, entrambi hanno il potenziale per ridurre in definitiva il numero di esperimenti sugli animali.
Da un’altra testata giornalistica. news de www.sciencedaily.com
