Tecnica “trova e sostituisci” vfCRISPR per le forbici genetiche

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CRISPR alla velocità della luce. Arriva la variante “very fast” della tecnologia di editing genomico più in voga. Grazie all’incontro con l’optogenetica, basterà un impulso luminoso per cambiare a piacimento il DNA in modo ancora più rapido e mirato.

Nella cassetta degli attrezzi biotech, CRISPR è certamente il più versatile. Sa tagliare il DNA, riscriverlo, colpirlo a raffica in più punti, mirare alla singola lettera, accendere e spegnere i geni e molte altre cose ancora. Da oggi possiamo aggiungere una nuova voce alla lista delle sue capacità: CRISPR è diventata fotoattivabile, e questo potrà renderla ancora più precisa. La buona notizia è stata annunciata su “Science” con la pubblicazione di un lavoro della Johns Hopkins University.

Se immaginiamo CRISPR come un coltellino svizzero multifunzione, allora possiamo dire che i modelli di nuova generazione potranno essere dotati di un pulsante di attivazione oltre ad avere i consueti accessori. Una sorta di interruttore che consente di regolare finemente tempi e siti delle modificazioni genetiche. Precisione subcellulare e tempi di reazione sulla scala dei secondi, anziché delle ore come accadeva con il sistema classico. Ecco perché la nuova arrivata si chiama vfCRISPR: è “very fast”, superveloce.

Tecnica di manipolazione genetica laserIl trucco sta nell’optogenetica, un settore di ricerca che mira a controllare i processi biologici in modo non invasivo e non tossico, attraverso l’impiego di impulsi di luce. Utilizzando molecole sensibili alle radiazioni luminose con particolari lunghezze d’onda, è possibile favorire oppure ostacolare una reazione, e persino controllare il funzionamento dei circuiti nervosi. Che CRISPR e optogenetica prima o poi si incontrassero era fatale, perché si tratta di due tecnologie rivoluzionarie, inventate a pochi anni di distanza l’una dall’altra con il contributo di un comune pioniere, Feng Zhang del Broad Institute.

In effetti diversi gruppi di ricerca in passato si erano già cimentati con questa sfida, mettendo alla prova strategie diverse con risultati incoraggianti ma non ancora soddisfacenti. Per capire il meccanismo può essere utile un breve ripasso. Nella versione standard, il coltellino svizzero della metafora è dotato di forbici molecolari per tagliare il DNA e di una bussola per trovare il sito bersaglio lungo il genoma.

Qualche anno fa l’Università di Tokyo ha provato a rendere fotoattivabili le forbici. Ora però Yang Liu e i suoi colleghi della Johns Hopkins University hanno ottenuto prestazioni decisamente migliori concentrandosi sulla bussola. Poiché l’indirizzo della modificazione genetica è fornito sotto forma di una molecola di RNA, i ricercatori hanno pensato bene di inserire in questa sequenza guida alcune lettere ingombranti e fotosensibili. La guida può ancora riconoscere il bersaglio e legarvisi, ma le forbici non si attivano finché uno specifico impulso luminoso non rimuove l’ingombro di troppo.

In questo modo si può controllare la tempistica dell’azione, inoltre si possono evitare le mutazioni fuori bersaglio e altri effetti indesiderati. L’intervento può essere circoscritto a specifiche cellule e persino a una sola copia del gene bersaglio. Questa possibilità è considerata particolarmente utile per studiare le malattie genetiche nei modelli animali, in particolare quando le mutazioni patologiche risultano letali in duplice copia.

Un’altra applicazione di grande interesse, come sottolineano Darpan Medhi e Maria Jasin nel commento che accompagna il lavoro su “Science”, sarà studiare ad alta risoluzione i meccanismi di riparazione cellulare, producendo tagli in siti multipli, in modo sequenziale o simultaneo.

Gli appassionati di CRISPR sanno che oltre alla versione standard esistono una serie di upgrade in cui il DNA può essere corretto senza prima tagliarlo. La variante del base editing assomiglia a un coltellino svizzero dotato di gomma e matita per riscrivere le sequenze anziché di forbici per recidere. La variante del prime editing, invece, è stata paragonata alla funzione trova e sostituisci di word. Il prossimo passo sarà controllare con un impulso di luce anche questi strumenti avanzati.

(L’originale di questo articolo è stato pubblicato nel blog CRISPerMANIA l’11 giugno 2020. Riproduzione autorizzata, tutti i diritti riservati.)

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