Per rintracciare le cause genetiche delle malattie, è un metodo collaudato quello di spegnere un singolo gene negli animali e di esaminarne le conseguenze sull’organismo. Tuttavia, in molte malattie, diversi geni contribuiscono al quadro clinico. Per gli scienziati è quindi molto difficile individuare quale gene sia coinvolto nel processo patologico e in quale misura. Dovrebbero condurre molti esperimenti sugli animali, uno per ogni modifica genica desiderata.
I ricercatori guidati da Randall Platt, professore di ingegneria biologica presso il Dipartimento di Biosistemi del Politecnico di Zurigo a Basilea, hanno ora sviluppato un metodo che semplificherà e velocizzerà notevolmente la ricerca con animali da laboratorio: Utilizzando le forbici genetiche Crispr/Cas, hanno apportato simultaneamente diverse decine di modifiche geniche nelle cellule del corpo di un singolo animale in modo mosaico: In ogni cellula viene alterato al massimo un gene, ma le diverse cellule di un organo sono alterate in modo diverso. Le singole cellule possono quindi essere analizzate con precisione. In questo modo i ricercatori possono studiare le conseguenze di molti cambiamenti genici diversi in un unico esperimento.
Prima volta in animali adulti
I ricercatori hanno applicato con successo questo approccio per la prima volta in animali vivi, nello specifico in topi adulti, come riportano nell’attuale numero della rivista scientifica "Nature". In precedenza, altri scienziati avevano sviluppato un approccio simile con cellule in coltura e con embrioni animali.Per trasmettere le informazioni sui geni che le forbici genetiche Crispr/Cas devono distruggere alle cellule del corpo dei topi, i ricercatori hanno utilizzato il virus adeno-associato (virus AA). Hanno preparato i virus in modo che ogni particella portasse le informazioni per distruggere un gene e hanno infettato i topi con una miscela di virus con istruzioni diverse per la distruzione dei geni. In questo modo, sono riusciti a spegnere diversi geni nelle cellule di un organo - nello studio hanno scelto il cervello.
Scoperti nuovi geni che causano malattie
Grazie a questo metodo, i ricercatori del Politecnico di Zurigo, insieme ai colleghi dell’Università di Ginevra, hanno acquisito nuove conoscenze sulle rare malattie ereditarie dell’uomo, note come sindrome da microdelezione 22q11. Le persone affette presentano molti sintomi diversi e spesso vengono diagnosticate con malattie come la schizofrenia e i disturbi dello spettro autistico. Finora si sapeva che una regione cromosomica contenente 106 geni è responsabile di questa malattia. Allo stesso modo, si sapeva che diversi geni contribuiscono a questa malattia. Tuttavia, non si sapeva quali geni contribuissero alla malattia.Per il loro studio sui topi, i ricercatori si sono concentrati su 29 geni di questa regione cromosomica che sono attivi anche nel cervello dei topi. Hanno modificato uno di questi 29 geni in ogni cellula cerebrale di topo e poi hanno analizzato i profili di RNA delle cellule cerebrali. Gli scienziati hanno così potuto dimostrare che tre di questi geni sono i principali responsabili di un disturbo funzionale delle cellule cerebrali osservato anche nei topi. Inoltre, gli scienziati hanno osservato nelle cellule dei topi modelli molecolari che ricordano la schizofrenia e i disturbi dello spettro autistico. Di questi tre geni, uno era già noto, ma gli altri due non erano stati finora oggetto di attenzione scientifica.
"Se sappiamo quali geni in una malattia hanno un’attività anomala, possiamo cercare di sviluppare farmaci che compensino tale anomalia", afferma António Santinha, dottorando del gruppo di Platt e primo autore dello studio.
In attesa di brevetto
Il metodo sarebbe adatto anche allo studio di altre malattie ereditarie. "In molte malattie ereditarie, diversi geni giocano un ruolo, non solo uno", dice Santinha. "Questo è anche il caso di malattie mentali come la schizofrenia. Con la nostra tecnica, ora possiamo studiare queste malattie e le loro cause genetiche direttamente negli animali adulti". Il numero di geni alterati potrebbe essere aumentato dagli attuali 29 a diverse centinaia di geni per esperimento."È un grande vantaggio poter fare queste analisi in organismi viventi, perché le cellule si comportano in modo diverso in coltura rispetto agli organismi viventi", afferma Santinha. Un altro vantaggio è che gli scienziati possono semplicemente iniettare i virus AA nel sangue degli animali. Esistono diversi virus AA con diverse proprietà funzionali. In questo studio, i ricercatori hanno utilizzato un virus che entra nel cervello degli animali. "A seconda dell’obiettivo dello studio, si potrebbero utilizzare anche virus AA che colpiscono altri organi", spiega il dottorando dell’ETH.
Il Politecnico di Zurigo ha richiesto un brevetto per questa tecnologia. I ricercatori intendono ora utilizzarla nell’ambito di uno spin-off che non hanno ancora fondato.
Sconvolgere" il genoma
La tecnica qui presentata fa parte di una serie di nuovi metodi di ingegneria genetica utilizzati per alterare il genoma delle cellule in modo mosaico. Crispr Perturbation è il termine tecnico di questo approccio di ricerca, che significa "sconvolgere" il genoma utilizzando le forbici del gene Crispr/Cas. Questo approccio sta attualmente rivoluzionando la ricerca nelle scienze della vita. Permette di ottenere una grande quantità di informazioni da un singolo esperimento scientifico. Di conseguenza, l’approccio ha il potenziale per accelerare la ricerca biomedica, ad esempio per trovare le cause genetiche di malattie complesse.Già una settimana fa, un altro gruppo di ricerca del Dipartimento di Biosistemi del Politecnico di Zurigo a Basilea, insieme a colleghi di Vienna, ha pubblicato un documento in cui ha applicato la perturbazione Crispr negli organoidi (vedi ). Gli organoidi sono sfere di tessuto coltivate da cellule staminali che hanno una struttura simile a quella degli organi reali, cioè una sorta di organi in miniatura. Sono un metodo di ricerca non animale che integra la ricerca sugli animali. Poiché entrambi i metodi - la perturbazione di Crispr negli animali e quella negli organoidi - possono ottenere più informazioni in un minor numero di esperimenti, entrambi i metodi hanno il potenziale per ridurre in ultima analisi il numero di esperimenti sugli animali.
