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INTERVISTA. CRISPR-Cas9: Siamo pronti per una Società di Editing Gene-Editing?

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Scoperto nel 2013, il CRISPR-Cas9 nuova tecnica rivoluzionaria di editing genico è stato molto parlato.

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E' una soluzione miracolosa per curare le malattie genetiche? Un nuovo modo, più semplice e veloce, per produrre OGM? O un potente strumento per aumentare gli esseri umani e creare un nuovo, più resistente genere umano? Con lo scandalo dei neonati designer CRISPR a novembre, la comunità scientifica sta discutendo se mettere in atto norme e regolamenti etici a livello internazionale. Abbiamo parlato con Richard Sherwood, professore assistente di medicina presso il Brigham and Women's Hospital della Harvard Medical School (Boston), sui benefici e gli svantaggi di questa tecnologia. Ha creato InDelphi, un algoritmo in grado di prevedere i risultati della riparazione CRISPR.

ME e-mag: Puoi spiegare velocemente come funziona CRISPR-Cas9?

R. Sherwood: CRISPR-Cas9 è un sistema immunitario batterico contro i virus. I batteri hanno sviluppato un modo per riconoscere specifiche sequenze di DNA e poi usare l'enzima Cas9, che è un paio di forbici molecolari, per tagliare quella sequenza di DNA che fondamentalmente ucciderà il virus. Quello che i ricercatori sono stati in grado di fare in 20 anni di ricerca è dirottare quel sistema in modo che ora solo guidando l'enzima Cas9 a qualsiasi sequenza di DNA di vostra scelta in una cellula umana è possibile ottenere l'enzima Cas9 per tagliare quella sequenza. Poi quello che succede è che la cellula umana, al contrario del virus, non solo muore, ma trova un modo per riparare quel taglio. Quella riparazione spesso causa una mutazione.

Questo e' davvero il cuore del campo del CRISPR Cas9: causare mutazioni del DNA"

E' davvero il cuore del campo CRISPR Cas9: causare mutazioni del DNA. Dal punto di vista della ricerca, è incredibilmente utile perché molte malattie genetiche ereditarie, così come il cancro, sono in realtà causate da mutazioni del DNA. Prima di CRISPR-Cas9, era piuttosto difficile indurre quelle mutazioni o ricreare quelle mutazioni, quindi era molto difficile studiare le malattie genetiche. Con CRISPR-Cas9 ha reso il processo più semplice e veloce.

ME e-mag: CRISPR-Cas9 è già utilizzato sugli esseri umani?

R. Sherwood: C'è un sacco di eccitazione in questo momento perché ci sono molte malattie genetiche là fuori e CRISPR è una tecnica per porre rimedio a queste malattie. Ma le applicazioni cliniche richiederanno più tempo. Attualmente sono in corso studi clinici per utilizzare CRISPR-Cas9 nelle terapie, ma non sono ancora stati approvati. Probabilmente accadrà nei prossimi cinque anni. La capacità di utilizzare questa tecnologia sulle cellule umane è stata scoperta solo sei anni fa. Quindi non è passato abbastanza tempo per sviluppare le prime terapie.

I bambini CRISPR "Designer" Babies

ME e-mag: Ma in novembre uno scienziato cinese ha scioccato il mondo quando ha annunciato di aver creato i primi bambini geneticamente modificati con CRISPR....

R. Sherwood: Si chiama "montaggio genetico dei germline". Tutti gli studi clinici attualmente in corso stanno facendo quello che viene chiamato somatic gene editing, dove si prende un paziente adulto e si cerca di modificare i geni che potrebbero essere portatori di una malattia genetica. Questo ricercatore in Cina ha affermato di aver effettivamente curato i geni di un uovo fecondato e ne ha fatto dei bambini (sorelle gemelle).

È ben noto che ci sono una serie di potenziali limitazioni di CRISPR che possono causare quelli che noi chiamiamo "effetti fuori obiettivo" - dove fondamentalmente oltre a rompere ciò che si vuole rompere, può rompere qualcos'altro nel proprio genoma"

E' stato praticamente condannato universalmente dalla comunità scientifica perché, sebbene questo sia un campo di ricerca promettente, i benefici e gli inconvenienti non sono stati studiati a sufficienza per sapere che questo potrebbe essere qualcosa di sicuro da fare a un bambino. È ben noto che ci sono una serie di potenziali limitazioni di CRISPR che possono causare quelli che noi chiamiamo "effetti fuori obiettivo" - dove fondamentalmente oltre a rompere ciò che si vuole rompere, può rompere qualcos'altro nel proprio genoma. Anche se questo accade ad un tasso molto basso, è una cosa se lo si fa su un paziente adulto e possibilmente affrontare le conseguenze, ed è un'altra cosa se lo si fa su un bambino. A questo punto non ci sono leggi, ma la maggioranza della comunità ha ampiamente deciso che questa non è un'applicazione appropriata.

L'altro motivo per cui non c'è molto entusiasmo per l'uso sulla linea germinale è perché abbiamo tecniche migliori. Se sai che una malattia genetica corre nella tua famiglia, ci sono tecniche come la selezione degli embrioni dove puoi selezionare gli embrioni che sai non hanno il gene della malattia. Quindi, finché la ricerca non progredisce ulteriormente, non c'è motivo per cui CRISPR sarebbe un approccio migliore.

CRISPR e l'intelligenza artificiale

ME e-mag: Può dirci qualcosa di più su InDelphi?

R. Sherwood: La motivazione di ciò che abbiamo fatto è che la maggior parte delle persone ha usato CRISPR per rompere i geni. Io uso spesso questa analogia: se hai un martello, il modo più semplice per usarlo è rompere qualcosa, ma puoi anche usarlo per scalpellare e fare una scultura se lo usi nel modo giusto. Questo è ciò che stavamo guardando: possiamo usare Cas9 in modo più raffinato per sapere cosa stiamo facendo e in alcuni casi siamo in grado di riparare i geni rotti?

Il processo che stavamo esaminando riguarda ciò che accade in una cellula dopo che il DNA di quella cellula è stato tagliato con CRISPR. Abbiamo scoperto che quando una cellula è stata tagliata la riparazione non è casuale; ci sono modi molto specifici in cui la cellula ripara i tagli del CRISPR. Così siamo stati in grado di utilizzare l'apprendimento automatico per avere un programma per computer in grado di prevedere come questo accade. Quindi ora quello che possiamo fare, e questo non è stato possibile prima, è quando il CRISPR viene indirizzato a un sito del genoma possiamo effettivamente prevedere che tipo di mutazioni saranno causate.

Il nostro algoritmo è stato in grado di trovare modelli e una delle cose davvero sorprendenti che ne è venuto fuori è che ci sono alcuni punti del genoma in cui, quando CRISPR taglia, la cellula ha fondamentalmente un modo dominante di riparare quella rottura"

ME e-mag: Come fa la macchina a saperlo? Come lo alleni?

R. Sherwood: Lo facciamo generando un sacco di dati. Abbiamo sviluppato un approccio che ci permette di indirizzare il CRISPR a migliaia di siti diversi nel genoma e di monitorare quali tipi di mutazioni può causare. Era un ricco set di dati che includeva centinaia di milioni di mutazioni del DNA. Utilizzando quel grande set di dati senza precedenti sui tipi di mutazioni causate da CRISPR, siamo stati in grado di addestrare l'algoritmo alla ricerca di modelli. E 'stato in grado di trovare modelli e una delle cose davvero sorprendente che ne è venuto fuori è stato che ci sono alcuni posti nel genoma in cui quando CRISPR taglia, la cellula ha fondamentalmente un modo dominante di riparare quella rottura.

E 'come se si rompe un pezzo di vetro, ci si aspetta che si frantuma in più pezzi e non si può prevedere che tipo di pezzi si ottiene. Quello che stavamo mostrando è che se si rompe un pezzo di vetro (in un punto specifico), si romperà sempre in un modo particolare.

ME e-mag: Come si può essere sicuri che le previsioni della macchina siano corrette?

R. Sherwood: Nel campo dell'apprendimento automatico, esistono metodi standard per verificare la precisione. Generalmente si addestra il programma sull'80 o 90% dei dati e poi si usa il restante 10 o 20% per testare la qualità dell'algoritmo. Il nostro algoritmo è stato estremamente preciso nel prevedere gli eventi di riparazione. Da allora abbiamo effettivamente realizzato un'altra serie di migliaia di siti rotti nel genoma e abbiamo scoperto che l'algoritmo era altrettanto accurato nel prevedere cosa succedeva in quei siti.

L'abbiamo fatto solo sulle cellule di un piatto. Prima di pensare ad un suo utilizzo terapeutico sui pazienti, vogliamo testarlo in modelli animali ed eventualmente in contesti clinicamente più rilevanti.

ME e-mag: Perche' sei cosi' riluttante a testarla sui pazienti? Quali potrebbero essere i rischi per loro?

R. Sherwood: Vogliamo stare molto attenti perché il pericolo principale è quello di provocare mutazioni involontarie. Fondamentalmente si dispone di un paio di forbici che sta entrando nel genoma e utilizzando la vostra guida specifica RNA è possibile dirigere questo paio di forbici per tagliare un posto particolare nel genoma. Ma una volta ogni tanto farà un errore e taglierà in un punto diverso del genoma.

"Vogliamo stare molto attenti perché il pericolo principale è causare mutazioni involontarie."

Diciamo che vuoi usare la nostra tecnica per correggere un gene nel fegato di un paziente. Ci sono oltre un miliardo di cellule epatiche, quindi cerchiamo di correggere il gene in un miliardo di cellule epatiche. Il tasso fuori obiettivo del CRISPR si aggira intorno all'1%. Questo significa ancora che ci sono dieci milioni di cellule che stanno per ottenere una sorta di mutazioni non volute, quindi questo è un numero molto elevato. Ecco perché quando si lavora per cercare di correggere i geni su un così gran numero di cellule, la barra di quanto sia accurato è molto più alta di quello che stiamo facendo attualmente in termini di ricerca sulle malattie genetiche nelle cellule di un piatto. Non sappiamo davvero quali tipi di danni possiamo causare - ecco perché abbiamo bisogno di fare molte più ricerche prima di utilizzarlo sui pazienti.

CRISPR e Cancro

ME e-mag: CRISPR è la terapia miracolosa del futuro?

R. Sherwood: Penso che ci sia una differenza tra la comprensione e la cura delle malattie. Da una prospettiva di comprensione, CRISPR ha davvero cambiato il campo della genetica e non penso che sia troppo per dire che si tratta di una rivoluzione. Un uso importante di CRISPR è nella ricerca genetica. In precedenza era molto difficile capire le malattie genetiche, mentre il CRISPR ha reso molto più facile. Si può effettivamente creare l'esatta mutazione che un paziente ha con una malattia genetica o con il cancro. In questo modo si possono capire molto meglio, ad esempio, le differenze tra le cellule tumorali di un paziente rispetto alle cellule non tumorali.

Per il trattamento della malattia, non esiste un solo trattamento CRISPR attualmente approvato negli Stati Uniti o in Europa. Penso che, per sapere se si tratta davvero di una rivoluzione nel trattamento dei pazienti, dobbiamo ancora aspettare e vedere.

I tumori sono un problema molto difficile perché quando si ha il cancro si tende ad avere un miliardo, a volte anche un trilione di cellule tumorali nel corpo. E le cellule tumorali sono molto brave a nascondersi nel corpo"

ME e-mag: Sarà in grado di curare il cancro un giorno?

R. Sherwood: Certamente ci sono malattie genetiche che potrebbero essere trattate dal CRISPR, ma penso che sarebbe molto difficile usare il CRISPR per curare il cancro. I tumori sono un problema molto difficile perché quando si ha il cancro si tende ad avere un miliardo, a volte anche un trilione di cellule tumorali nel corpo. E le cellule tumorali sono molto brave a nascondersi nel corpo, quindi, anche se abbiamo trovato un modo di usare CRISPR per uccidere le cellule tumorali, la sfida sarebbe quella di fornire CRISPR a tutte le cellule tumorali. Ci vorra' molto tempo prima di curare il cancro con la CRISPR.

Aumentare l'umano

ME e-mag: Che ne dici di usare CRISPR su persone sane? Biohacker Josiah Zayner finge di aver usato CRISPR sul proprio DNA. Che ne pensi?

R. Sherwood: In questo momento, la mia ipotesi è che le persone che affermano di utilizzare CRISPR al di fuori del sistema medico non stanno facendo nulla di veramente utile. In campo medico abbiamo un modo molto ben collaudato per determinare se qualcosa è utile per i pazienti che si chiama sperimentazione clinica. Non crederei molto alle cose al di fuori delle sperimentazioni cliniche.

ME e-mag: Chi è in grado di utilizzare la tecnologia CRISPR? E' facile?

R. Sherwood: Sì, e questo è uno dei motivi per cui CRISPR è così rivoluzionario: per gli scienziati è estremamente facile da usare. E 'davvero meglio fare in un ambiente di laboratorio, perché è necessario introdurre sia l'enzima Cas9 e l'RNA guida nella vostra cella. Ci sono strumenti molto ben distribuiti che lo rendono molto facile da fare in laboratorio. Questo funziona praticamente su ogni tipo di animale o pianta. Al di fuori di un laboratorio, non so che tipo di persone stanno cercando di fare alcuni esperimenti, ma certamente CRISPR è accessibile a qualsiasi scienziato. Si possono effettivamente acquistare tutti gli strumenti di cui si ha bisogno, compresa la proteina Cas9 stessa, che qualcun altro ha purificato, da aziende mediche.

ME e-mag: Che dire della prospettiva transumanistica di usare CRISPR per creare esseri umani aumentati?

R. Sherwood: A lungo termine, sì, penso che potrebbe essere usato per aumentare gli esseri umani perché è una tecnologia che può cambiare i geni. Ma l'abbiamo usato per un periodo di tempo molto breve e, come ho detto, abbiamo anche visto che può avere conseguenze indesiderate. Siamo ancora in fasi così precoci della ricerca che il pensiero di usarlo per qualcosa che non corregge una malattia genetica è per me molto prematuro perché non ne capiamo gli effetti a lungo termine. Anche nei topi o negli animali non si capisce davvero cosa potrebbe accadere anni dopo aver ricevuto la terapia CRISPR.

A lungo termine, sì, penso che potrebbe essere usato per aumentare gli esseri umani perché è una tecnologia che può cambiare i geni"

Ci sono alcuni esempi di casi in cui le persone hanno iniziato a pensare a come possiamo usare CRISPR su pazienti sani per prevenire le malattie. C'è un caso che è stato fatto in studi su animali dove è noto che i pazienti che hanno un gene PCSK9 rotto hanno un colesterolo molto più basso. Quindi hanno meno probabilità di avere attacchi di cuore. In realtà c'è già un farmaco sul mercato che assorbe la proteina PCSK9 dal sangue e abbassa il colesterolo della gente. Questo è già un farmaco clinicamente approvato, ma ora gli scienziati stanno iniziando a pensare invece di cercare di sbarazzarsi della proteina PCSK9, che dire della rottura del gene PCSK9 e poi non produrrete mai la proteina PCSK9. La ricerca sui topi ha dimostrato che questi topi hanno livelli di colesterolo più bassi e hanno meno probabilità di soffrire di malattie cardiache.

La cosa interessante qui è che non si tratta di prendere topi con una malattia genetica, ma di prendere topi normali e sani e ridurre i rischi di contrarre malattie cardiache. Negli esseri umani, qualcosa come il 30% circa di tutte le persone muoiono di malattie cardiache. Quindi, se potessimo trovare il modo di prendere persone sane e renderle meno suscettibili di avere un attacco di cuore, sarebbe un grosso problema. Ma potrebbero esserci ancora altre conseguenze o effetti collaterali che non conosciamo al momento.

Regolamento Etico

ME e-mag: Dobbiamo creare leggi etiche internazionali per evitare altri bambini CRISPR?

R. Sherwood: Sta certamente diventando una questione più importante. Lo scienziato cinese che ha affermato di aver fatto i bambini CRISPR ha annunciato che al vertice internazionale sull'editing del genoma umano. Era un incontro che avrebbe dovuto parlare dell'etica e delle implicazioni della terapia CRISPR per la modificazione genica. In quella stessa conferenza, c'erano scienziati che si sono riuniti e hanno parlato più seriamente di quali norme e regolamenti dovrebbero essere messi in atto per guidare la comunità scientifica.

Ma penso che in questo momento non ci sono regole internazionali vincolanti su ciò che può e non può essere fatto - sicuramente qui negli Stati Uniti. Se vogliamo fare ricerca sui pazienti, dobbiamo passare attraverso un comitato etico locale che determinerà quale ricerca va bene. Si è parlato dell'istituzione di una moratoria o di un divieto di modificazione genetica della linea germinale (utilizzando CRISPR nell'uovo fecondato) anche se, per quanto ne so, non esiste un divieto legale in nessun paese. Spetta solo ai comitati etici locali. Per me, mentre lavoro in ospedale, devo obbedire a questi gruppi etici. Tuttavia, per coloro che sono in grado di fare qualche tipo di ricerca al di fuori di un ospedale o di un'istituzione accademica, al momento non ci sono norme giuridiche che li impedirebbero.

Penso che l'approccio giusto sia quello di far conoscere il maggior numero possibile di persone su questo argomento man mano che la tecnologia continua ad evolversi. Non sono solo gli scienziati, i medici o i politici che dovrebbero avere voce in capitolo. Se fosse abbastanza sicuro, vorremmo usarlo come società?"

Ci sono opinioni diverse sull'opportunità o meno. A mio parere, il problema con lo sviluppo delle leggi è che le leggi tendono a durare per lunghi periodi di tempo e a volte non tengono il passo con la velocità con cui la scienza si muove. Mentre questa ricerca sembra incredibilmente immorale ora, non sappiamo cosa succederà tra dieci anni ed è molto difficile ribaltare una legge. Penso quindi che l'approccio giusto sia quello di riunire scienziati, medici, cittadini preoccupati, facendo in modo che il numero di persone che conoscono l'argomento man mano che la tecnologia continua ad evolversi. Non sono solo gli scienziati, i medici o i politici che dovrebbero avere voce in capitolo. Se fosse abbastanza sicuro, vorremmo usarlo come società?

ME e-mag: Pensi che con CRISPR creeremo un nuovo genere umano?

R. A breve termine, direi che la risposta è no. Negli ultimi 25 anni sono emerse molte scoperte interessanti nel campo della medicina, ma ci vogliono davvero decenni per iniziare ad avere un grande impatto sull'assistenza sanitaria. Un esempio è l'uso del sistema immunitario per combattere i tumori. Questa idea è emersa negli ultimi 10-20 anni e solo ora c'è la prima immunoterapia sul mercato, che ha avuto delle cure miracolose. Tuttavia, funziona ancora solo su una frazione dei pazienti oncologici, e non sappiamo perché. Quindi c'è ancora molta strada da fare perché questa scoperta rivoluzionaria diventi routine. Per il CRISPR è la stessa cosa. Potremmo guardare a un orizzonte di cento anni, penso, poi potrebbe avere implicazioni e potremmo avere questa discussione di nuovo....

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