Antibiotici addio? La CRISPR può attaccare i batteri | Biologia

La tecnica della CRISPR Cas9 è diventata tristemente famosa dopo che uno scienziato cinese tentò di modificare geneticamente delle neonate umane per renderle resistenti al virus dell’AIDS. Il clamore mediatico risuonò così forte dopo lo scandalo di natura etica che questa la tecnica di editing della CRISPR passò sulla bocca di tutti. Tuttavia essa rimane uno degli strumenti più promettenti della bioingegneria genetica e questi nuovi risultati ne sono la conferma.

Sotto i ferri degli scienziati questa volta non sono finiti esseri umani, ma batteri allo scopo di modificare il loro genoma in modo da renderli inoffensivi o addirittura utili al nostro organismo. Dato il problema sempre presente della resistenza agli antibiotici, che come una bomba ad orologeria potrebbe scoppiare da un momento all’altro, la messa a punto di nuove armi contro i batteri è una priorità.

He Jiankui, il ricercatore cinese che ha utilizzato la CRISPR sugli esseri umani, durante un’intervista nel suo laboratorio
Photo/Mark Schiefelbein, The Associated Press

CRISPR Cas 9: come funziona

L’editing del genoma è un intervento mirato che consente di modificare la naturale sequenza del DNA, in questo caso operato su dei batteri. La tecnica attualmente più avanzata e precisa risponde al nome di CRISPR ovvero Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats. Senza entrate troppo nel dettaglio si tratta di un agglomerato di proteine ed enzimi capaci di interagire con il DNA. In pratica ogni componente di questo blocco proteico svolge una funzione fondamentale: troviamo una breve sequenza di RNA complementare a quella di DNA del sito dove si vuole effettuare la modifica che “guida” la proteina – questo è forse il principale punto di forza di della tecnologia CRISPR perché permette di ottenere una precisione molecolare; un proteina tipicamente della classe delle nucleasi che permette di tagliare il punto di DNA desiderato; infine si possono aggiungere altre componenti che “suggeriscano” come ricostruire il DNA oppure lasciare che i naturali sistemi di riparazione facciano il loro lavoro. È quindi possibile non solo rimuovere delle sequenze indesiderate, ma anche tentare di inserirne di nuove. Provando diversi enzimi e proteine si possono ottenere diverse modifiche al DNA eliminando ad esempio la resistenza agli antibiotici o addirittura uccidendo i batteri.

Principio di funzionamento della CRISPR

Il problema della resistenza agli antibiotici

Gli antibiotici sono stati probabilmente una delle scoperte più importanti della medicina moderna: un’arma efficiente e quasi del tutto priva di effetti collaterali sul paziente contro i batteri ha permesso di salvare milioni di vite. Purtroppo la natura non è così semplice da incastrare: i batteri sono creature primordiali che tuttavia hanno il grande vantaggio di potersi riprodurre evolvere molto rapidamente; in poche ore si possono generare colonie di milioni di nuove cellule.

La semplicità con cui i batteri conducono la loro esistenza e si riproducono li espone facilmente a mutazione del DNA. Durante la vita della cellula possono avvenire degli errori di trascrizione del DNA che vengono poi rapidamente trasmessi a migliaia di discendenti. Gli errori in alcuni casi possono permettere di sviluppare delle resistenze agli antibiotici. Inoltre i batteri sono in grado di scambiarsi reciprocamente frammenti di DNA, fomentando ulteriormente il processo evolutivo. L’esposizione di massa agli antibiotici in questi ultimi 90 anni ha selezionato numerosi ceppi resistenti che potrebbero diffondersi rapidamente provocando molte morti.

Il problema della resistenza agli antibiotici in alcune specie di batteri

Antibiotici addio? La CRISPR contro i batteri

Un team di ricerca della Western University ha sviluppato un modo innovativo di applicare modifiche al DNA di batteri e altri microorganismi tramite la tecnica della CRISPR. Si è riusciti a veicolare attacchi mirati a specifici batteri. Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Nature Communications e apre alla possibilità di utilizzare la CRISPR per modificare batteri a altri microrganismi a favore dell’uomo. Ad esempio si pensano applicazioni sulla flora intestinale per potenziarla e personalizzarla a seconda delle esigenze personali. Inoltre rappresenta una speranza per la lotta alle resistenze agli antibiotici che in molti casi – come Staphyloccous aureus (Staph A) or Escherichia coli (E. coli) – stanno diventando davvero problematiche. Bogumil Karas, Ph.D., Assistant Professor alla Western’s Schulich School of Medicine & Dentistry spiega:

Uno dei motivi principali per cui sono entusiasta di questo lavoro è che ha una vasta gamma di possibili applicazioni del mondo reale. Ha il potenziale per lo sviluppo di agenti antimicrobici di nuova generazione che sarebbero efficaci anche per i batteri resistenti a tutti gli antibiotici noti. Questa tecnologia potrebbe anche essere utilizzata per aiutare i batteri “buoni” a produrre composti per il trattamento di malattie causate da carenze proteiche.

Il grande risultato di questa ricerca è stata applicare la tecnica della CRISPR a cellule viventi, modificando “live” il loro DNA in modo permanente. Prima di questo studio era anche molto difficile pilotare l’editing rivolgendosi in maniera particolare ad un solo ceppo di batteri, eliminandolo in maniera molto selettiva. Potenzialmente questo approccio potrebbe essere addirittura più efficacie degli antibiotici. David Edgell, Ph.D., Professore alla Schulich Medicine & Dentistry dice:

Usare CRISPR per uccidere le cose non è una nuova idea perché è quello che fa CRISPR naturalmente. Il problema è sempre stato come portare CRISPR dove vuoi che vada. Altri sistemi di consegna potevano andare solo in alcuni punti, dove i nostri possono andare ovunque.

Il professore si riferisce al fatto che le proteine CRISPR sono presenti in molti organismi procarioti e hanno lo scopo di distruggere il genoma proveniente dai virus.

Meccanismo di coniugazione batterica

L’innovativo sistema di distribuzione mirata è basato sul meccanismo della coniugazione batterica, molto comune nella colonie di batteri: essenzialmente permette di scambiare filamenti di DNA tra diverse cellule con un semplice contatto; questa strategia – come anticipato nel paragrafo antecedente – permette ai batteri di evolversi in fretta sviluppando la resistenza agli antibiotici, ma i ricercatori hanno saputo sfruttarla per diffondere la CRISPR in maniera molto precisa all’interno della colonia. Karas continua:

La consegna specifica di qualsiasi agente terapeutico, incluso CRISPR, è di solito uno dei maggiori colli di bottiglia nello sviluppo di nuovi trattamenti. Sviluppando questo nuovo sistema di consegna, abbiamo creato nuovi strumenti che potrebbero aiutarci nello sviluppo di terapie più efficaci nel prossimo futuro.

Mentre Gregory Gloor, Ph.D., Professore alla Schulich Medicine & Dentistry conclude:

Siamo stati in grado di mostrare il trasferimento quasi completo del veicolo di consegna ad un’altra specie batterica nella condizione in cui siano astretto contatto, in un biofilm. Questo è importante perché i biofilm sono lo stato naturale della maggior parte dei batteri e in genere è difficile riuscire a trasferire il DNA in queste condizioni, ma abbiamo trovato un modo per renderlo facile ed efficiente.

Purtroppo questa tecnica non è ancora pronta per essere utilizzata su larga scala fa sapere il team. Le prospettive tuttavia sono ottime: la possibilità di riuscire a fornire delle cure mirate renderebbe tremendamente efficaci numerose terapia che oggi sono basate più che altro sul bombardamento a tappeto tramite farmaci. La promettente tecnica della CRISPR ha di nuovo dimostrato le sue possibilità. Ma per adesso possiamo solo consigliare l’uso ponderato di antibiotici seguendo pedissequamente le istruzioni del medico. Dalla sezione scienze è tutto! Continuate a seguirci!