Nuovo approccio di correzione per riscrivere e correggere sequenze genomiche

Utilizzando un nuovo approccio di correzione del genoma, un gruppo di ricercatori ha sistematicamente sostituito un sequenza di tre lettere con un altra in un genoma di E. coli

Un nuovo metodo per apportare modifiche precise in tutto un genoma, utilizzando il materiale genomico di una cellula vivente come modello è stato sviluppato da un gruppo di ricercatori della Harvard Medical School, che lo illustra in un articolo pubblicato suScience a prima firma Farren Isaacs.

La possibilità di modificare i geni è qualcosa di rivoluzionario, con risvolti di utilità immediata e dalle potenzialità illimitate, osservano i ricercatori. La maggior parte degli strumenti di modifica del DNA attualmente in uso è però lento, costoso e difficile da usare, un po’ come l’invenzione della macchina da stampa di Gutenberg, una tecnologia geniale ma ancora nella sua infanzia. Ora, i ricercatori di Harvard hanno iniziato a sviluppare uno strumento di “editing” del genoma più semplice e veloce, che ha permesso loro di riscrivere il genoma di cellule viventi usando l’equivalente genetico di quello che in un programma di elaborazione testi corrisponde al comando “cerca e sostituisci”.

“La posta in gioco non è quella di fare una copia di qualcosa che già esiste”, ha detto George Church, che insieme a Joe Jacobson ha diretto lo studio. “Si tratta di cambiarla, funzionalmente e radicalmente.”

Questo cambiamento, ha detto Church, serve a tre scopi. Il primo è quello di aggiungere funzionalità a una cellula così da codificare nuovi utili aminoacidi. Il secondo è quello di introdurre misure di protezione che impediscono la contaminazione incrociata tra organismi geneticamente modificati e varietà selvatiche. Un terzo obiettivo è quello di stabilire multi-resistenza ai virus alla rioscrittura del codice operata dai virus. Negli impianti usati per la coltura di batteri, per esempio al fine di produrre farmaci o energia, questi virus colpiscono fino al 20 per cento delle culture: la sola biotech Genzyme, per esempio, stima che i danni che essa subisce a causa delle contaminazioni varino fra alcune centinaia di milioni a un miliardo di dollari.

Usando questo approccio, i ricercatori hanno sistematicamente sostituito un sequenza di tre lettere con un altro in un genoma di E. coli. Questo metodo differisce radicalmente dall’approccio più convenzionale che prevede di sintetizzare il genoma in provetta, poi trasferirlo nelle cellule.

Gli autori dicono che, anziché introdurre cambiamenti individuali in uno specifico genoma – un’operazione che può avere effetti estremamente negativi se un singolo allele non è progettato o posizionato correttamente la loro – la nuova tecnica tratta il cromosoma come un modello modificabile e passibile di evoluzione a cui è possibile apportare modifiche in molti genomi insieme.

In questo studio, i ricercatori hanno in particolare sostituito tutti i codoni di stop “TAG”, che rappresentano il segnale di arrestare il proprio lavoro all’apparato cellulare di traduzione delle proteine, con altrettanti nuovi codoni di stop “TAA” in 32 ceppi di E. coli. Successivamente hanno fuse i segmenti cromosomici modificati in ottenendo un nuovo singolo ceppo contenente 80 precise variazioni genetiche.