La tecnologia giapponese di editing genomico riuscirà a raggiungere gli Stati Uniti e la Cina?

Un gruppo di ricerca giapponese ha trovato un modo per migliorare l’editing del genoma, ma complesse normative impediscono alla tecnologia giapponese di raggiungere la fase clinica.

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La tecnologia di editing genomico può modificare il genoma di un organismo e la sua applicazione nella terapia genica è molto attesa. Gli studi clinici stanno guadagnando terreno, soprattutto negli Stati Uniti e in Cina, ma il Giappone è in ritardo. Alcuni ricercatori, come quelli dell’Università di Kyushu, hanno iniziato ad affrontare i problemi dello strumento di editing tradizionale CRISPR-Cas9. Sebbene queste tecnologie giapponesi abbiano migliorato significativamente la precisione della modificazione genetica, alcune questioni devono ancora essere affrontate.

Il genoma è composto da una lunga catena di quattro tipi di basi note come adenina, timina, citosina e guanina. La sequenza di queste basi è chiamata acido desossiribonucleico (DNA), che rappresenta una "frase" di informazione genetica.

Nella modificazione genetica il punto in cui verrà inserito il gene nel DNA è lasciato al caso. Ma con l’editing del genoma, che cambia l’ordine delle basi, è possibile scegliere la sede del cambiamento genetico. Questa è la più grande differenza tra i due.

L’accuratezza dell’editing del genoma era bassa fino a quando Jennifer Doudna degli Stati Uniti ed Emmanuelle Charpentier della Francia non hanno inventato CRISPR-Cas9 nel 2012. Consiste in una sostanza guida che individua la sequenza di basi bersaglio sul DNA e l’enzima Cas9, che agisce come forbici per tagliare il DNA.

CRISPR-Cas9 ha dato impulso all’editing del genoma come nessun’altra tecnologia ha fatto. Rispetto alla tecnologia precedente, la definizione del target utilizzando la sostanza guida è molto più semplice. Cas9 è anche facile da usare e ha una forte capacità di taglio.

Sia Doudna che Charpentier hanno ricevuto il Premio Nobel per la Chimica 2020 per aver compiuto progressi significativi nella ricerca sulle scienze della vita. Crescono le aspettative per applicazioni in campo medico, come la terapia genica per correggere le mutazioni genetiche che causano malattie. L’uso di alimenti con genoma modificato con componenti nutrizionali migliorati sta avanzando anche in Giappone e all’estero.

Tuttavia, un grosso problema con CRISPR-Cas9 è un fenomeno noto come “effetto fuori bersaglio”, in cui l’enzima Cas9 taglia oltre l’area bersaglio.

Questo non è un problema quando si possono selezionare risultati in cui sia il bersaglio è stato modificato con successo sia la modifica risulta sicura, come nel caso degli alimenti modificati dal genoma. Tuttavia, quando è impossibile effettuare una selezione a posteriori, come nella terapia genica, l’editing genetico può causare gravi effetti collaterali come tratti genetici inaspettati.

La terapia genica che utilizza CRISPR-Cas9 è in fase di sperimentazione in studi clinici in tutto il mondo. Tuttavia, ci sono state preoccupazioni circa i rischi di trasformazione delle cellule cancerose come risultato del taglio fuori bersaglio. Inoltre, le cellule possono morire a causa della distruzione delle informazioni genetiche necessarie per la sopravvivenza. Pertanto, risolvere il problema fuori bersaglio è diventato un compito urgente e a tal fine vengono condotte ricerche in tutto il mondo.

Gran parte di questa ricerca mira a migliorare la precisione dell'enzima, impedendo così che altre aree vengano tagliate da un "proiettile vagante". Ma nessuno di essi ha prodotto risultati conclusivi.

Fu allora che un gruppo di ricerca dell’Università di Kyushu e altri accettarono la sfida con un concetto radicalmente diverso da quello dei suoi concorrenti globali.

Secondo il gruppo di ricerca, il fuori bersaglio è causato dall'eccessiva forza dell'enzima nel tagliare il DNA, piuttosto che da una mancanza di precisione nel colpire il bersaglio. Sulla base di questa premessa, hanno cercato modi per ridurre la forza di taglio di Cas9.

Hanno scoperto che l’aggiunta di una base chiamata citosina alla sostanza guida riduceva il legame di Cas9 al DNA, riducendone così la forza di taglio. Più citosine c'erano, meno sarebbe stata tagliata. Ma inibire troppo la sua forza di taglio gli impedirebbe anche di tagliare il bersaglio. Pertanto, hanno ripetuto l’esperimento finché non hanno trovato il numero ottimale di citosine.