2️⃣ CRISPR-Cas9: come funziona il sistema che ha rivoluzionato il genome editing

che rispera il sistema di manipolazione del genoma più avanzato mai creato ho scoperto a seconda dei punti di vista si tratta di una forbice molecolare programmabile e straordinariamente precisa Questa è la seconda puntata della serie dedicata alla tecnologia che ha ridotto drasticamente il tempo necessario per modificare il DNA aumentandone la precisione ad un costo minore Chris parka's 9 lo so Vi ho fatto aspettare un pochino un'era geologica per questo video Eppure Eccomi qua proprio come vuole il Cliché anche crispr è stata scoperta per caso a differenza di altre grandi scoperte però quando abbiamo visto per

la prima volta crisper ci è sembrato poco più di una piccola curiosità una strana curiosa struttura presente nel genoma di alcuni microrganismi Ciao persone ben tornate su DNA a colazione di solito si pensa a crisper come ad una scoperta piuttosto recente in realtà la prima volta che lo abbiamo osservato risale al 1987 nell'università di Osaka In Giappone è lì che io shizumi izino era intento a studiare tutt'altro genere quando si accorse accidentalmente di una strana sequenza nel batterio Escherichia coli una serie di sequenze ripetute intervallate da altre sequenze che non erano ripetute molto strano perché

le sequenze ripetute sono piuttosto comuni ma di solito sono consecutive cioè una di seguito all'altra non sono intervallate da altre sequenze tutte diverse molto strano il ricercatore giapponese ha segnalato la particolarità alla comunità scientifica Chi ha pensato Carine queste sequenze buffet poi nel 1993 in Olanda dei ricercatori che stavano lavorando sul batterio della tubercolosi pubblicano due articoli riguardanti uno strano costrutto che avevano trovato proprio in questo batterio si trattava di una serie di sequenze ripetute in tandem intervallate da altre sequenze Chris pare era già stato scoperto due volte e nessuno l'aveva ancora davvero notato nel

2000 Francesco moica dell'università di Alicante in Spagna stava studiando alcuni archei che sono organismi diciamo cugini dei batteri probabilmente è stata immaginando quello che moica trova nel genoma di questi organismi delle sequenze ripetute intervallate da altre sequenze e per la prima volta nota anche che queste sequenze vengono trascritte ovvero queste sequenze che Monica trova nel DNA vengono anche copiate in RNA Francisco moica fa una ricerca nella letteratura scientifica e trova questo tipo di costrutti in altre 20 specie e Chiama queste sequenze short regolare gli spaces abbreviato SR SR Srs piccole ripetizioni regolarmente spaziate Questo è

il primo nome di Cristèl È solo che dovete capire i Biologi hanno la mania di abbreviare i nomi dei costrutti dei geni delle varie molecole i gruppi di ricerca diversi hanno cominciato a chiamare questo castrutto in modi diversi e allora tra chi lo chiamava srsr e chi lo chiamava Speed R non ci si capiva più niente La diatriba si risolse in breve tempo Quale di queste sigle Secondo voi avranno scelto nessuno ovviamente nessuna Ma perché scegliere tra sigle esistenti quando possiamo inventarne una nuova nel 2001 è stato proposto il più originale iconico nome Cluster Red

Regular links short palindromi repeat corto Eh ora capite Perché usiamo le abbreviazioni perché altrimenti i libri di biologia sarebbero lunghi doppio A proposito Forse avete già sentito parlare delle Cluster Red dragonpez con l'abbreviazione di crispr di tante sigle proposte hanno scelto la più facile da pronunciare Chris [Musica] in seguito si è scoperto che le sequenze crisper Sono dannatamente comuni nei batteri e negli archei rispettivamente si trovano nel 40% dei batteri e nel 90% degli archei cioè Non l'avevamo mai notate Ma stanno ovunque e dato che sono sia nei batteri sia negli archei questo ci fa

supporre che forse si sono evolute da un antenato comune A proposito di evoluzione sapete che esistono degli algoritmi che emulano le leggi dell'evoluzione darwiniana sono gli algoritmi genetici gli algoritmi genetici sono uno dei campi dell'intelligenza artificiale che si occupano di risolvere dei problemi e notice è un'azienda che tra le altre cose si occupa proprio di sviluppare questo tipo di algoritmi si tratta di algoritmi che permettono di esaminare uno stato iniziale di introdurre delle mutazioni e di valutare nuove soluzioni e quindi selezionare le soluzioni migliori tra queste soluzioni proposte Analogamente proprio a quanto viene nella selezione

naturale tornando a crisper queste sequenze costituiscono un particolare sistema immunitario degli archei e dei batteri il cui in realtà c'è ancora un po' oscuro un sistema immunitario comunque che riesce a ricordare i virus con cui il batterio viene a contatto e che a differenza del nostro Viene anche ereditato dalla progenie Seguitemi qui il nostro sistema immunitario si ricorda dei patogeni con cui noi siamo venuti a contatto mica nostro nonno Questo è un sistema immunitario che ricorda anche i virus con cui gli antenati di quel batterio sono venuti a contatto quindi anche geniale dal punto di

vista cioè meglio del nostro Questo sistema immunitario Comunque poi noi con Chris per non ci facciamo il sistema immunitario ci facciamo di tutto Ma quello ancora no Comunque queste sono le sequenze cresper Ognuno di questi rombi neri sono le ripetizioni cioè sono tutti uguali questi rubinetti Hanno tutti la stessa sequenza le sequenze di DNA che si ripetono uguali dopo ogni quadratino bianco perché i quadratini bianchi in realtà non sono tutti uguali tra di loro questa immagine non l'ho fatta io ma avrebbero dovuto fare ogni quadratino di un colore modo diverso la cosa interessante Infatti non

sono le sequenze ripetute non sono i rombi neri sono le sequenze spaziatrici sono questi quadratini bianchi che separano le ripetizioni si chiamano spaziatrici perché sono come uno spazio tra varie ripetizioni solo che le ripetizioni sono la cosa non interessa non ci interessano sono quelli che abbiamo notato subito e sono quelle che non servono a niente mentre i quadratini gli spaziatori sono quelli interessanti Quindi ogni quadratino di questi è una sequenza di DNA con la sua peculiare sequenza sono tutti diversi queste sequenze non sono altro che pezzi del genoma di antichi virus che hanno infettato quel

batterio o i suoi progenitori appunto ogni volta che un DNA estraneo invade un batterio il batterio mette in atto tutto un meccanismo per cui pezzi di quel DNA estraneo vengono tagliati e inseriti nelle sequenze Creeper Questi sono i quadratini bianchi gli Spacer che poi l'annogheremo di spaziatori capito come se non servissero niente capito ma sono quello spazio tra le sequenze ripetute non ci avevamo capito niente in questo modo il batterio ha all'interno del suo stesso DNA una memoria di tutti i virus che l'hanno infettato perché praticamente prende il dna dei virus che lo infettano E

se lo conserva negli spaziatori Ah e il motivo di questo collage di DNA virali che sono una sorta di trofei per capire che ci fai il batterio con questa preziosa collezione di pezzi di DNA devo introdurvi il secondo protagonista di questa storia la casa Slime è la vera meraviglia di questo sistema il sistema Cristal cast Nine quindi per crisper si intende sia tutto il sistema crisper ma soprattutto le sequenze crisper quindi krisper sono le sequenze sequenza ripetuta spaziature sequenze ripetute spaziature sequenze ripetute spaziature mentre la casa Nine è la forbice molecolare è unendonucleasi sequenza Specifica

e programmabile diciamolo con termini umani non corriamo Anche perché non siamo ancora arrivati al momento in cui noi la programmiamo qui stiamo ancora all'interno dei batteri che sono intenti a combattere le loro infezioni virali la casa Nine è una proteina che ha il compito di tagliare qualsiasi sequenza che sia uguale a una delle sequenze spaziatrici Cioè a una delle sequenze che si trova nei quadratini bianchi ovvero a una delle sequenze di vecchi virus che avevano infettato il batterio quindi la gasline taglia del Dna Quale DNA quello che è uguale alle sequenze dei virus che quel

batterio i suoi antenati ha già incontrato Ma come fa a riconoscerle non è che ci hanno la faccia diversa le sequenze dei virus casa line Che nome strano Eh significa crispr associate proteine Nine Sì perché Come avrete capito i Biologi piace fare gli acronimi e anche anonimi di acronimi senza abbreviazioni questa proteina si chiamerebbe Cluster del Regular In The Space shorts palindromic repeat associates proding Lines Nine Ecco decisamente decisamente meglio per SNAI la casa smile è una cosa fatta così una straordinaria macchina da taglio ma non ce ne faremo niente e non se ne sarebbe

niente nemmeno il batterio se questa forbice molecolare non avesse una guida che gli dice dove deve tagliare se non avesse qualcuno che gli Indica la strada fino al bersaglio e il bersaglio nel caso del batterio è il DNA virale Ovviamente nel caso nostro invece qualsiasi sequenza di DNA Noi decidiamo di tagliare la straordinaria precisione del sistema Cristal cast Nine dipende dal RNA guida giusto il prossimo protagonista del sistema Crystal Castle Nine un pezzettino di RNA che fa da guida l'rna guida appunto è l'rna guida che riconosce il DNA bersaglio E come lo riconosce o meglio

perché non lo riconosce lo riconosce perché la RNA guida non è altro che la sequenza spaziatrice cioè uno di quei quadratini bianchi o meglio è la trascrizione in RNA di uno di quei quadratini bianchi Quindi ricapitolando i quadratini bianchi sono sequenze che derivano dal DNA invasore da un virus che aveva infettato il batterio in precedenza se questo stesso virus dovesse tornare a fare visita al batterio lui non si farebbe trovare impreparato perché ha un pezzo del suo dna conservato nelle sequenze crisper queste sequenze di DNA verranno trascritte in RNA e diventeranno l'rna guida l'rna guida

si appaia con il DNA dell'ospite indesiderato perché è complementare e trasporterà con sé la gasline cioè la forbice molecolare Lo so lo so che è un po' complicato ma ma in fondo è Crystal Cioè è la punta di diamante dell'ingegneria genetica non può essere semplice Non può essere fondamentale questa cosa ma se avete qualsiasi dubbio Mi potete scrivere nei commenti Io sto facendo del mio meglio per rendere questa cosa meravigliosa anche capibile una volta che la forbice molecolare agguanta il suo target il batterio ha vinto il DNA invasore viene tagliato e il virus è sconfitto

fino a qui tutto interessantessimo ma l'idea di usare questo sistema per il genoma editing non era venuto in mente a nessuno fino ad una decina di anni fa nel 2012 Jennifer D'Anna Emmanuel carpentier sono le prime a capire che questo costrutto era molto di più di un interessante meccanismo batterico Ma le due scienziate non lavoravano nello stesso istituto di ricerca Jennifer Dawn insegnava alla berkeley University in California mentre Emanuele charpentier è francese Ma lavorava a Berlino a dirigere l'unità per la biologia delle infezioni dell'Istituto Max Planck le due si incontrano ad una conferenza di ricerca

entrambe lavoravano già su crisper E ne nasce una collaborazione no Jennifer Ascoltami che c'ho avuto un'idea c'hai ragione c'hai ragione ascoltami Se Cristo taglia le sequenze in modo specifico ma noi lo prendiamo ci Tagliamo le sequenze che vogliamo noi ma fidati perché c'è l'rna guidano Ma noi basta che sostituiamo quella magari con un accento leggermente diverso questa scoperta le due ricercatrici hanno vinto il Nobel per la chimica Nel 2020 Eh sì perché il Nobel per la biologia non esiste Quindi alla fine Vinci quello per la chimica Ve lo ricordate No il 2020 quell'anno famoso proprio

per il Nobel per la chimica per crespelle No a parte tutto c'è un video meraviglioso qui su YouTube di Jennifer donna che racconta di come ha scoperto di aver vinto il Nobel racconta di una mattina presto in cui viene svegliata dalla vibrazione del telefono sta ancora a letto tra le coperte annebbiato dal sonno allunga una mano per prendere il telefono e guarda il numero e si accorge che lo conosce quel numero Era una giornalista Quindi nonostante l'ora decide di rispondere Ciao Jennifer Scusa il disturbo così presto ma volevo un tuo commento sul Premio Nobel il

premio Nobel si stropiccia gli occhi il suo primo pensiero è porca miseria Devo andare al computer e guardare le notizie a chi l'ha vinto sto Premio Nobel Ma tu l'hai vinto appena chiusa la chiamata Guarda il telefono e si accorge di una valanga di messaggi erano i messaggi delle congratulazioni Allora come vi ho raccontato nella scorsa puntata di questa miniserie e che ormai vi sarete dimenticati perché è stato un secolo fa noi avevamo già dei sistemi di editing genetico che bisogno avevamo di prendere proprio questo perché questo ha una guida ad RNA non proteine Questa

è la chiave con gli altri sistemi il riconoscimento della sequenza da tagliare avveniva attraverso dei Domini proteici Cioè c'erano delle proteine dei pezzi di proteine che noi mettevamo insieme attaccavamo facendo un un art attack e che riconoscevano la specifica sequenza che noi volevamo che riconoscesse quindi ogni volta ogni volta che volevamo tagliare una nuova sequenza dovevamo creare una nuova proteina con i domini a vita di zinco giusti per riconoscere quella data sequenza nel caso di cristofer Invece quello che dobbiamo fare è semplicemente sintetizzare una piccola sequenza di RNA e creare una sequenza di RNA estremamente

più veloce economico riferimento alla sintesi di una nuova proteina ricombinante di solito siamo abituati che quando una cosa funziona meglio allora costa di più e quando costa meno Allora non è che sia proprio il top della categoria Questo è uno di quei casi in cui la soluzione più economica più veloce e più semplice e anche quella più precisa e più efficiente tutti i campi in cui il genoma editing è implicato stanno esplodendo Tutto è diventato più veloce più semplice più economico la generazione di organismi transgenici per esempio cioè sì gli OGM Anche se quando si

parla di OGM tutti pensano al cibo la maggior parte degli organismi transgenici viene usato in realtà in ricerca sono utilissimi per capire il funzionamento di alcuni geni per simulare delle malattie in animali modello e cercare delle cure una marea di campi di ricerca hanno avuto un grande impulso grazie a crisper krisper potrebbe in futuro essere la svolta nella cura di alcune malattie genetiche gravi potremmo correggere direttamente il DNA del paziente Cioè se è la mutazione che provoca la malattia prepariamo la mutazione paziente guarito ovviamente abbiamo già trovato degli ostacoli se no l'avremmo già fatto crisper

è estremamente preciso è lo strumento più preciso che abbiamo a disposizione è vero ma non lo è abbastanza per poterlo usare su delle persone allora Che significa che non è abbastanza preciso significa che a volte sbaglia sbaglia bersaglio non taglia dove deve tagliare ma taglia in un altro punto del DNA questo significa due cose la prima è che banalmente la terapia potrebbe non funzionare ma è la seconda quella che ci preoccupa tagliare nel posto sbagliato può significare imputare dei geni dei geni che possono essere fondamentali può significare produrre dei danni peggiori di quelli che cercavamo

di curare può significare aumentare la probabilità di cancro questa tecnologia è straordinaria ma non è ancora pronta per essere usata sugli esseri umani ovviamente ci stiamo lavorando stiamo modificando Chris per in modo da renderlo più preciso di queste nuove modifiche delle difficoltà che stiamo incontrando e dei problemi etici che solleva questa tecnologia ne parliamo nella prossima puntata e se ci tenete a non perderla qua sotto ci sono un paio di pulsanti che potrebbero fare al caso vostro e se non li cliccate vi mando un esercito di forbici molecolare a casa Grazie a tutte le persone

che fanno parte del laboratorio ovvero il TP che sostiene questo progetto e grazie ai sostenitori affezionati Nazareno Ciao persone [Musica]