La notizia pubblicata sull’ultimo numero di Nature è di quelle che fanno storia. Per la prima volta dei ricercatori sono riusciti a produrre embrioni umani sani partendo da gameti portatori di una mutazione che causa una malattia genetica molto frequente e molto grave. E sono riusciti a ottenere questo risultato utilizzando la tecnica dell’editing genomico.
Sebbene molto ci sia ancora da fare prima di arrivare ad una applicazione clinica, questo risultato indubbiamente apre la strada all’utilizzo del “genome editing” per prevenire una serie di malattie genetiche ereditarie. D’altro canto questo è un vero esempio di ingegneria genetica nell’uomo e proprio per questo solleva una serie di interrogativi etici e politici.
L’ingegneria genetica
Quelli della mia generazione hanno visto nascere le tecnologie del DNA ricombinante o come si diceva una volta un pò enfaticamente “ingegneria genetica”. Giusto per darvi un’idea di quanto velocemente evolvono queste cose, tutto è iniziato nel 1972 (quattro anni prima che mi iscrivessi all’Università), quando Paul Berg (premio Nobel per la chimica nel 1980) ha creato le prime molecole di DNA ricombinante. Un anno dopo è stato creato il primo organismo transgenico inserendo geni di resistenza antibiotica nel plasmide di un batterio, l’ Escherichia coli. Nel 1974, Rudolf Jaenisch ha creato il primo topo transgenico introducendo il DNA esogeno in un embrione murino. Nel 1976 è stata fondata la Genentech, la prima industria biotecnologica che utilizzava l’ingegneria genetica per esprimere proteine umane in batteri. Le prime prove in campo di piante geneticamente modificate risalgono al 1986 e nel 2009 ben 11 coltivazioni transgeniche sono state coltivate e commercializzate in 25 paesi. Nel 2013, è iniziata l’epoca di CRISPR-Cas9, una tecnica rivoluzionaria che permette di modificare facilmente il genoma. Ed è proprio questa tecnica alla base del lavoro pubblicato su Nature.
Errori, malattie ed editing
La molecola di DNA può venir considerata come una sorta di testo. Solo che invece delle 20 lettere del nostro alfabeto si usano 4 lettere chimiche. Come nel caso del testo che state leggendo è proprio la sequenza delle lettere a fornire il significato. Un errore nella sequenza cambia il significato del “tasto” (volevo dire testo). Spesso questi errori hanno ripercussioni importanti e causano malattie genetiche. Come correggerli? Come nel caso dell’editing del testo scritto, oggi è possibile utilizzare delle tecniche di editing genomico che permettono di modificare il testo chimico e di correggere eventuali errori di sequenza. Il metodo più recente, più veloce e più preciso è quello di CRISPR-Cas9. Senza entrare nei dettagli sperimentali, essenzialmente il metodo utilizza tre tipi di molecole: 1) L’enzima che opera il taglio sul DNA (cas9); 2) una molecola di RNA che guida l’enzima sul bersaglio e 3) la molecola di DNA che fornisce lo stampo grazie al quale viene corretta la mutazione. Quindi una specie di forbice molecolare ad alta precisione che permettete di fare una operazione equivalente al copy-and-paste che facciamo con i programmi di scrittura sui nostri computer.
La malattia genetica.
I ricercatori hanno preso in esame la cardiomiopatia ipertrofica una malattia ereditaria che colpisce 1 individuo su 500 e che può produrre morta improvvisa, molto frequentemente negli atleti. Uno dei geni coinvolti è MYBPC3 . La mutazione esaminata è dominante, nel senso che basta avere una sola copia del gene mutata per essere a rischio. Se uno dei genitori ha una mutazione nel gene la probabilità di passarlo al figlio è del 50%.
Il lavoro di nature
Un team di ricercatori californiani, cinesi, e coreani coordinati ad un gruppo dell’Università dell’Oregon è riuscito a riparare la mutazione nel gene MYBPC3 direttamente nell’embrione. I ricercatori hanno utilizzato spermatozoi di un uomo malato per fertilizzare oociti da 12 donne sane. La riparazione ottenuta è definitiva perché tutte le cellule dell’embrione sono portatrici di un genoma corretto. Come previsto dalla normativa, gli embrioni sono stati distrutti dopo tre giorni. Ma potenzialmente avrebbero prodotto individui sani in grado di trasmettere ai figli copie corrette del gene.
Questo lavoro rappresenta un passo in avanti significativo rispetto a tentativi precedenti quando si ottenevano mosaici, ovvero embrioni in cui solo una frazione delle cellule conteneva il gene corretto. Questo miglioramento è stato reso possibile grazie ad una serie di modifiche sperimentali. La prima è stata quella di inserire direttamente negli embrioni la proteina Cas9 già assemblata con la molecola di RNA guida. Questa specie di forbice molecolare è stata inserita in cellule uovo fecondate insieme al DNA stampo per correggere la mutazione. Su 54 embrioni ottenuti 36 erano corretti. Il numero di embrioni sani atteso in assenza di intervento terapeutico era di 27. Quindi la differenza era significativa.
Al fine di migliorare ulteriormente la resa i ricercatori hanno deciso di operare prima della fecondazione e hanno iniettato nell’oocita sia lo spermatozoo che Cas9. In questo modo sono riusciti ad ottenere 42 embrioni con un genoma perfettamente corretto su un totale di 58 (ovvero il 72%). Gli altri embrioni avevano un genoma con mutazioni non desiderate o con delezioni ad indicare il perdurare di una serie di problemi tecnici. L’obiettivo dichiarato è di arrivare ad una resa del 90% nei prossimi anni. Ovviamente ci sono ancora molti passi da compiere prima di arrivare ad una applicazione clinica che comunque non è attualmente permessa dalla legge. Ma è evidente che questo approccio apre nuove speranze nel caso di coppie che siano a rischio di avere figli con malattie genetiche. Ci sono migliaia di patologie genetiche ereditarie che potrebbero venir affrontate con questo approccio. Tra queste la predisposizione al tumore del seno e dell’ovaio dovuto a mutazioni nel gene BRCA1, o la talassemia una volta cosi frequente in Sardegna o i casi familiari di malattie neurodegenerative come Alzheimer, giusto per citare alcuni esempi noti.
Ricerca di base
C’è anche un aspetto di ricerca di base inatteso. I ricercatori infatti hanno scoperto una peculiarità del sistema. Al contrario di quello che avviene in tutte le altre cellule, nelle cellule uovo fecondate la correzione della mutazione non utilizza come stampo la molecola di DNA introdotta dall’esterno dai ricercatori, bensì la copia di DNA materna presente nell’oocita. Proprio per questo non è più necessario introdurre DNA esogeno. In questo senso prevedendo solo l’introduzione della proteina Cas9 già legata all’RNA guida il prodotto non può venir considerato OGM in quanto nessun DNA esogeno è introdotto nella cellula.
Non è noto quale sia il meccanismo molecolare alla base di questa specificità. Può darsi che rifletta la capacità intrinseca delle cellule zigotiche di riparare eventuali danni presenti nel DNA dei gameti (spermatozoi e oociti). Sicuramente dimostra che c’è ancora molto da imparare prima di arrivare ad una applicazione clinica sicura. Ad esempio non è noto se ci siano riflessi sull’organizzazione epigenetica della regione interessata al processo di correzione. Un eventuale cambiamento nell’organizzazione epigenetica infatti potrebbe avere effetti importanti sull’espressione del gene. Considerazioni etiche.
Il dibattito sulle conseguenze etiche della manipolazione genetica è iniziato non appena si è cominciato a parlare di ingegneria genetica e delle potenzialità di questa tecnica sia in senso agro-alimentare che medico. Fino ad ora, però le limitazioni tecniche erano tali che non era nemmeno pensabile ipotizzare di intervenire sull’embrione. Le manipolazioni erano necessariamente limitate alle cellule dell’organismo adulto e non potevano venir trasmesse alle generazioni successive. Oggi CRISPR ha permesso di operare direttamente in modo efficiente, veloce e sicuro sull’embrione cambiando completamente la prospettiva.
Lo scorso Febbraio un comitato della National Academy of Sciences americana si è espresso a favore di modifiche degli embrioni umani ma solo per correggere mutazioni che causano patologie serie e se non esistono alternative praticabili. Si potrebbe sempre sostenere che l’aborto terapeutico o la selezione degli embrioni pre-impianto siano una valida alternativa all’editing genomico in quanto non prevedono nessuna modifica del patrimonio genetico. Come ovvio però anche la selezione dell’embrione crea una serie di problemi etici. E la selezione non può comunque venir evitata neanche nel caso di una correzione con il metodo CRISPR visto che bisogna verificare di aver corretto la mutazione senza introdurre mutazioni non volute.
La modifica del patrimonio genetico ereditario solleva una serie di considerazioni. Da un lato ci sono i sostenitori che vedono il valore positivo connesso alla potenzialità terapeutica della metodica. Dall’altro ci sono quelli preoccupati da possibili derive eugenetiche. Senza arrivare a pensare a politiche di “selezione della razza”, è facile immaginare genitori disposti a pagare per avere un figlio con certe caratteristiche fisiche o mentali. Come si scegliesse un prodotto al supermercato.
Per ora in America come in Italia la legge non permette un’applicazione clinica di queste metodiche (in Italia in realtà non è permessa neanche la sperimentazione sugli embrioni umani). E’ ovvio però che i progressi tecnologici avvicinano il momento in cui l’applicazione clinica verrà ammessa in qualche parte del mondo. E allora a nulla varranno le proibizioni legislative se non a creare fenomeni di “turismo” terapeutico.

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