Cos’è la modifica genetica?
Diversi paesi e organizzazioni definiscono la modifica genetica (GM) in modo leggermente diverso. In generale, la modificazione genetica si riferisce ad apportare modifiche alle informazioni genetiche di un essere vivente che altrimenti non si verificherebbero con l’accoppiamento o la riproduzione naturale. Questo di solito implica l’uso di metodi di biotecnologia, come il “DNA ricombinante”, il “gene targeting”, o il “genome editing” per aggiungere, cancellare o cambiare il DNA di un organismo. La modifica genetica può anche comportare lo spostamento di materiale genetico tra le specie.
Gli organismi geneticamente modificati (OGM), compresi i microbi, le cellule, le piante e gli animali, sono stati a lungo utilizzati nella ricerca scientifica e medica come un modo per comprendere i processi della biologia così come i meccanismi delle malattie. L’uso di tecnologie genetiche per trattare malattie o fare altre modifiche negli esseri umani, chiamato “terapia genica”, è stato tentato dagli anni ’90. Meno di una manciata di questi trattamenti sono stati finora approvati dalle agenzie di sicurezza e regolamentazione come la US Food and Drug Administration.
L’uso della terapia genica per trattare direttamente le cause genetiche delle malattie è stato a lungo un’aspirazione per medici, scienziati e pazienti. Alcune malattie, come la fibrosi cistica o l’anemia falciforme, sono relativamente ben comprese per essere causate da varianti in singoli geni. In questi casi, c’è la speranza che, se il gene che causa la malattia può essere corretto o sostituito, allora potrebbe essere possibile curare gli individui con la malattia o almeno prevenire il peggioramento della malattia. Tuttavia, la terapia genica è più difficile per condizioni più complesse come le malattie cardiache, il diabete o molte forme di cancro, che risultano dall’interazione tra molti geni e tra i geni e l’ambiente.
Al fine di utilizzare la terapia genetica per trattare le malattie in un individuo dopo la nascita, potrebbe essere necessario modificare una porzione significativa di cellule nei tessuti o organi interessati. Questo presenta sfide tecniche per consegnare in modo sicuro ed efficace il macchinario di modifica e/o versioni alternative dei geni alle cellule bersaglio, e per effettuare con successo le modifiche al genoma delle cellule con errori minimi. Se la modifica viene fatta alla “linea germinale” (comprese le cellule riproduttive e le cellule dei primi stadi embrionali), allora tutte le cellule del corpo delle generazioni successive erediteranno quella modifica, così come qualsiasi errore o cambiamento inaspettato fatto durante il processo.
Che cos’è CRISPR?
Dalla fine degli anni 2000, gli scienziati hanno iniziato a sviluppare tecniche note come “editing del genoma (o gene)”. L’editing del genoma permette agli scienziati di apportare modifiche a uno specifico sito “bersaglio” nel genoma. Una delle tecniche che hanno generato più entusiasmo, a causa della sua efficienza e facilità d’uso, si chiama “CRISPR”. CRISPR sta per “clustered regularly interspaced short palindromic repeats”. La base della tecnologia CRISPR è un sistema che i batteri hanno sviluppato per proteggersi dai virus. Gli scienziati hanno ora preso i componenti del sistema CRISPR e li hanno trasformati in uno strumento per l’editing del genoma.
Ci sono due componenti del sistema CRISPR: una molecola nota come “RNA guida” (gRNA), che ha la stessa sequenza del sito di destinazione nel genoma; e una “nucleasi” (cioè una molecola taglia DNA) chiamata Cas9. Quando entrambi questi componenti sono consegnati in una cellula, il gRNA si legherà al sito genomico bersaglio attraverso l’accoppiamento di basi complementari (cioè, le A si legheranno alle T e le G alle C). Nel processo, il gRNA aiuta a portare Cas9 al sito bersaglio per fare un taglio alla doppia elica del DNA. Il meccanismo naturale di riparazione del DNA della cellula chiuderà questa lacuna, ma poiché il processo non è perfetto, alcune basi del DNA saranno aggiunte o eliminate. Questo rende il gene originale – ad esempio, una variante del gene legata al cancro, o uno legato all’infezione da HIV – non funzionale. In alternativa, una versione diversa del gene bersaglio può essere inserita nella cellula insieme al gRNA e a Cas9. La cellula userà poi questa sequenza alternativa come “modello” per riparare il DNA rotto, copiandolo e incorporandolo nel genoma. In questo modo una versione indesiderata del gene potrebbe essere sostituita con una copia desiderata.
Recenti scoperte scientifiche hanno portato a portata di mano la possibilità di “modificare” il genoma per riparare le varianti genetiche che causano malattie. Anche se è ancora presto, la speranza è che le tecnologie di editing genico possano un giorno fornire una cura per malattie genetiche come l’anemia falciforme, la fibrosi cistica o la malattia di Huntington, e permettere alle persone di combattere meglio le infezioni virali (ad esempio, l’HIV).
CRISPR e l’editing germinale
I ricercatori hanno usato CRISPR in cellule umane, piante e animali; infatti, CRISPR ha funzionato in tutte le specie esaminate fino ad oggi. In particolare, la tecnologia CRISPR è stata usata per invertire i sintomi in un topo adulto con una malattia del fegato e per alterare il DNA nei primati non umani – passi importanti verso lo sviluppo di nuove terapie geniche negli esseri umani. Mentre i cambiamenti genetici introdotti in una cellula epatica non saranno ereditati nel genoma di nessuno dei futuri figli dell’individuo, le alterazioni del DNA che sono introdotte nelle cellule che diventeranno uovo o sperma, o le cellule in embrioni allo stadio iniziale, possono essere trasmesse alle generazioni future. Questo è noto come editing della linea germinale, e le sue prospettive hanno portato a discussioni e dibattiti in tutto il mondo sul fatto che la modifica genetica della linea germinale negli esseri umani sia appropriata, e se o come la società dovrebbe procedere con tale ricerca e la sua possibile applicazione.
Da un lato, i critici sottolineano sia i problemi tecnici che etici nel fare modifiche al genoma che possono essere trasmesse alla prole. Ci sono preoccupazioni che qualsiasi effetto imprevisto nel processo di editing possa essere ereditato. Altre domande vengono poste – abbiamo il diritto di alterare il genoma delle nostre generazioni future? L’editing di certe malattie o disabilità porterebbe alla stigmatizzazione delle persone che vivono con quelle condizioni? E chi decide quali sono le malattie o le disabilità che dovrebbero essere modificate? Allo stesso tempo, i sostenitori sostengono che la modifica della linea germinale può potenzialmente eliminare malattie come la malattia di Huntington, una condizione neurologica debilitante causata da una singola variante del gene. Sostengono anche che gli esseri umani hanno a lungo alterato la vita e la genetica della nostra prole senza il loro esplicito consenso, attraverso procedure come la consulenza genetica e la diagnosi genetica preimpianto.
Nel dicembre 2015, le Accademie Nazionali degli Stati Uniti, l’Accademia Reale del Regno Unito e l’Accademia delle Scienze cinese hanno convocato scienziati, scienziati sociali, etici e altre parti interessate per un vertice internazionale sul gene editing umano a Washington, DC. Una dichiarazione rilasciata alla fine del vertice ha sottolineato che sarebbe “irresponsabile” in questo momento procedere con l’uso clinico dell’editing germinale, ma non ha raccomandato di vietare la tecnica, suggerendo invece che la ricerca dovrebbe continuare. Nel febbraio 2017, il comitato di esperti delle Accademie Nazionali degli Stati Uniti sull’editing del genoma umano ha pubblicato il suo rapporto, raccomandando che la ricerca e l’uso dell’editing del genoma somatico per il trattamento medico dovrebbero continuare sotto il quadro normativo esistente, ma che ci dovrebbe essere “un ampio contributo pubblico” prima di espandere l’applicazione della tecnologia al “miglioramento genetico”. Allo stesso tempo, il rapporto raccomanda che gli studi clinici per l’editing del genoma germinale per trattare “gravi malattie o disabilità” dovrebbero procedere solo dopo molta più ricerca, e solo quando sono soddisfatti rigorosi criteri tecnici ed etici. Andando avanti, il rapporto sottolinea la necessità di un continuo impegno pubblico e di un dibattito politico.
Attualmente, la modifica genetica germinale è illegale in molti paesi europei e in Canada, e i finanziamenti federali negli Stati Uniti non possono essere utilizzati per tale lavoro. A partire da gennaio 2017, i ricercatori nel Regno Unito, in Svezia e in Cina hanno ricevuto l’approvazione per eseguire l’editing genico negli embrioni umani solo a scopo di ricerca (inoltre, le leggi o le linee guida esistenti in questi paesi consentono solo la ricerca sugli embrioni fino a 14 giorni dopo la fecondazione).
Nel novembre 2018, sono emerse notizie che i primi bambini i cui genomi sono stati modificati con CRISPR durante la loro fase embrionale, una coppia di gemelli, sono nati in Cina. Mentre le affermazioni non sono ancora state convalidate in modo indipendente o pubblicate in riviste peer-reviewed, le affermazioni hanno attirato una significativa controversia. Nel 2019, gli scienziati, gli etici e la società in generale continuano a discutere il percorso da seguire.
CRISPR e l’ambiente
CRISPR ha anche aperto un percorso per ingegnerizzare il mondo che ci circonda a beneficio della salute umana e del nostro ambiente. Le applicazioni includono la possibilità di modificare o addirittura sradicare gli insetti che diffondono malattie, come le zanzare. Potrebbe anche essere possibile ricreare animali estinti da tempo, come il mammut lanoso, per vagare ancora una volta sulla Terra, cosa che, secondo alcuni scienziati, potrebbe aiutare ad affrontare il cambiamento climatico. Tuttavia, non tutti sono d’accordo che queste applicazioni sarebbero necessariamente un “beneficio”, mentre altri si preoccupano delle conseguenze non volute di queste azioni che cambiano l’ecosistema.
Il percorso da seguire
L’editing genico ha un potenziale significativo per beneficiare la salute umana. Allo stesso tempo, solleva domande profonde che richiedono una deliberazione pubblica – cosa succede se facciamo alterazioni di cui ci pentiamo? Cosa succede se modifiche genetiche apparentemente sicure si rivelano avere conseguenze indesiderate? Quali sono gli standard di sicurezza mentre la comunità medica cerca di esplorare questi strumenti nel tentativo di diminuire la sofferenza? Inoltre, se come società siamo d’accordo che l’uso dell’editing del genoma è accettabile, come ci assicuriamo che tutti gli individui siano consapevoli delle potenzialità di queste tecnologie, e che tutti coloro che vogliono accedere a tali tecnologie possano permettersele? Ricercatori, bioeticisti e politici, compresi alcuni degli scienziati che hanno aperto la strada a CRISPR, hanno invitato alla cautela e alla necessità di una consultazione pubblica e di un dialogo che coinvolga anche i leader religiosi, gli attivisti ambientali e i sostenitori dei pazienti e delle persone con disabilità. Mentre la società cerca un equilibrio tra il desiderio di realizzare i benefici dell’editing genico e una varietà di altre preoccupazioni, pgEd spera di svolgere un ruolo nel facilitare ampie conversazioni che coinvolgano tutte le comunità e garantire che diversi valori e voci siano ascoltati.
Per saperne di più sulle questioni tecniche e politiche intorno a CRISPR e all’editing del genoma, clicca qui.
Piani di lezione correlati:
Modifica del genoma e CRISPR
Le dichiarazioni di CRISPR usato per modificare i genomi di due gemelle nate nel 2018
L’ingegneria del mondo intorno a noi: L’editing del genoma e l’ambiente
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