È stato sviluppato un nuovo strumento di editing genetico basato su CRISPR che potrebbe portare a trattamenti migliori per i pazienti affetti da malattie genetiche. Lo strumento è un enzima, AsCas12f, che è stato modificato per offrire la stessa efficacia ma con dimensioni pari a un terzo dell’enzima Cas9 comunemente utilizzato per l’editing genetico. Le dimensioni compatte significano che una maggiore quantità di esso può essere impacchettata nei virus portatori e trasportata nelle cellule viventi, rendendolo più efficiente. I ricercatori hanno creato una libreria di possibili mutazioni AsCas12f e poi hanno combinato quelle selezionate per progettare un enzima AsCas12f con capacità di modifica 10 volte maggiore rispetto al tipo immutato originale. Questo AsCas12f ingegnerizzato è già stato testato con successo sui topi e ha il potenziale per essere utilizzato in futuro per trattamenti nuovi e più efficaci per i pazienti.
Ormai probabilmente avrai sentito parlare di CRISPR, lo strumento di modifica genetica che consente ai ricercatori di sostituire e alterare segmenti di DNA. Come i sarti genetici, gli scienziati hanno sperimentato come “tagliare via” i geni che rendono le zanzare portatrici della malaria, alterando le colture alimentari per renderle più nutrienti e deliziose, e negli ultimi anni hanno avviato sperimentazioni sull’uomo per superare alcune delle malattie e dei disordini genetici più difficili. Il potenziale di CRISPR per migliorare le nostre vite è così fenomenale che nel 2020, le ricercatrici Jennifer Doudna ed Emmanuelle Charpentier, che hanno sviluppato la versione più precisa dello strumento denominata CRISPR-Cas9, hanno ricevuto il Premio Nobel per la chimica.
Ma anche Cas9 ha dei limiti. Il modo comune per fornire materiale genetico in una cellula ospite è utilizzare un virus modificato come vettore. I virus adeno-associati (AAV) non sono dannosi per i pazienti, possono entrare in molti tipi diversi di cellule per introdurre enzimi CRISPR come Cas9 e hanno una minore probabilità di provocare una risposta immunitaria indesiderata rispetto ad altri metodi. Tuttavia, come ogni servizio di consegna pacchi, esiste un limite di dimensione. “Cas9 è al limite estremo di questa restrizione dimensionale, quindi c’è stata una richiesta per una proteina Cas più piccola che possa essere impacchettata in modo efficiente in AAV e fungere da strumento di modifica del genoma”, ha spiegato il professor Osamu Nureki del Dipartimento di Scienze Biologiche. presso l’Università di Tokio.
Le sue grandi dimensioni fanno sì che Cas9 possa mancare di efficienza se utilizzato per la terapia genica. Quindi, un grande team multiistituzionale ha lavorato per sviluppare un enzima Cas più piccolo che sia altrettanto attivo, ma più efficiente. I ricercatori hanno selezionato un enzima chiamato AsCas12f, dai batteri Axidibacillus sulfuroxidans. Il vantaggio di questo enzima è che è uno degli enzimi Cas più compatti trovati fino ad oggi e ha meno di un terzo delle dimensioni di Cas9. Tuttavia, nei test precedenti non era stata rilevata quasi alcuna attività genomica nelle cellule umane.
“Utilizzando un metodo di screening chiamato scansione mutazionale profonda, abbiamo assemblato una libreria di potenziali nuovi candidati sostituendo ciascun residuo aminoacidico di AsCas12f con tutti i 20 tipi di aminoacidi su cui si basa tutta la vita. Da questo, abbiamo identificato oltre 200 mutazioni che hanno migliorato attività di modifica del genoma”, ha spiegato Nureki. “Sulla base delle conoscenze acquisite dall’analisi strutturale di AsCas12f, abbiamo selezionato e combinato queste mutazioni di aminoacidi ad attività potenziata per creare un AsCas12f modificato. Questo AsCas12f ingegnerizzato ha più di 10 volte l’attività di modifica del genoma rispetto al solito tipo AsCas12f ed è paragonabile al Cas9, pur mantenendo dimensioni molto più ridotte.”
Il team ha già effettuato sperimentazioni sugli animali con il sistema AsCas12f ingegnerizzato, associandolo ad altri geni e somministrandolo a topi vivi. La somministrazione dei trattamenti direttamente nel corpo è preferibile all’estrazione delle cellule, alla modifica in laboratorio e al reinserimento nei pazienti, operazione che richiede più tempo e denaro. Il successo dei test ha dimostrato che l’AsCas12f ingegnerizzato ha il potenziale per essere utilizzato per terapie genetiche umane, come il trattamento dell’emofilia, una malattia in cui il sangue non si coagula normalmente.
Il team ha scoperto numerose combinazioni potenzialmente efficaci per progettare un sistema di editing genetico AsCas12f migliorato, quindi i ricercatori riconoscono la possibilità che le mutazioni selezionate potrebbero non essere state le più ottimali di tutte le miscele disponibili. Come passo successivo, la modellazione computazionale o l’apprendimento automatico potrebbero essere utilizzati per vagliare le combinazioni e prevedere quale potrebbe offrire miglioramenti ancora migliori.
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