Alcuni macachi sono diventati tra i destinatari di trapianti di organi tra specie più longevi, dopo aver ricevuto reni di maiale modificato geneticamente. Lo riporta BioNews.
Lo xenotrapianto– ossia il trapianto di tessuti, organi o cellule tra le specie – è oggetto di ricerca che mira a sviluppare organi donatori adatti all’uso in pazienti umani, dove la domanda supera costantemente l’offerta. I reni provenivano da maiali il cui genoma era stato modificato utilizzando CRISPR/Cas9 per ridurre il rischio di rigetto del trapianto da parte dell’uomo e di altri primati.
«Il nostro studio dimostrativo… mostra per la prima volta una sopravvivenza duratura a lungo termine nel più grande studio preclinico condotto finora in questo campo, dimostrando il successo nel sostenere la funzione renale nei primati non umani per oltre due anni», ha affermato il dott. Michael Curtis di eGenesis a Cambridge, Massachusetts, coautore della ricerca pubblicata su Nature.
«I risultati non hanno precedenti e rappresentano un enorme passo avanti verso il raggiungimento della compatibilità umana».
I genomi dei maiali portano 69 modifiche separate: tre geni da disattivare per evitare il rigetto e 59 per inattivare un retrovirus il cui genoma è stato incorporato nei maiali DNA molto tempo fa. Le ultime sette modifiche riguardavano l’aggiunta di geni umani per mantenere sano l’organo trapiantato – si trattava dunque di maiali «umanizzati», anche se gli organi poi venivano impiantati nelle scimmie.
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Studi precedenti hanno dimostrato che gli organi dei suini possono diventare troppo grandi nei corpi riceventi. Altri studi hanno utilizzato l’editing del genoma per cercare di controllare questa crescita. Tuttavia questo team ha invece utilizzato maialini nani dello Yucatan che hanno dimensioni naturalmente più piccole e una crescita più lenta.
Per testare l’impatto delle modifiche, cinque scimmie hanno ricevuto reni che non avevano i sette geni umani e 15 hanno ricevuto organi con genomi completamente modificati. Tutti hanno ricevuto farmaci immunosoppressori per prevenire il rigetto.
Nove scimmie sono sopravvissute per più di 50 giorni e tutte avevano i reni con il gene umano. Cinque di queste sono vissute per più di un anno e una scimmia è sopravvissuta 758 giorni con il nuovo organo, uno dei tempi di sopravvivenza più lunghi mai registrati per il trapianto interspecie.
«Questo set di dati dimostra notevoli progressi nella modifica del genoma suino per ridurre al minimo il rigetto iperacuto, migliorare la compatibilità del ricevente e affrontare il rischio di trasmissione virale dal donatore all’ospite», ha affermato il coautore professor Tatsuo Kawai, della Harvard Medical School, Boston, Massachusetts. «Prevediamo che i risultati dei trapianti negli esseri umani saranno ancora più favorevoli, poiché questi organi geneticamente modificati si adattano meglio agli esseri umani rispetto ai primati non umani».
Come riportato da Renovatio 21, a settembre i chirurghi di Baltimora hanno trapiantato il cuore di un maiale geneticamente modificato in un uomo con una malattia cardiaca terminale che non aveva altra speranza di cura, ha annunciato venerdì il Centro medico dell’Università del Maryland. Si è trattato del secondo caso di questo tipo: il primo paziente, David Bennett, 57 anni, era morto due mesi dopo il trapianto a causa di un virus suino, ma il cuore del maiale, fu detto, funzionava bene e non c’erano segni di rigetto acuto dell’organo, un rischio importante in tali procedure.
Renovatio 21 traduce questo articolo per gentile concessione diChildren’s Health Defense. Le opinioni degli articoli pubblicati non coincidono necessariamente con quelle di Renovatio 21.
Creare bambini umani con la tecnologia di editing genetico CRISPR comporta la modifica del DNA degli embrioni in una fase molto precoce per introdurre cambiamenti specifici. I progressi nella tecnologia hanno innescato il dibattito se le attuali normative e gli enti normativi siano sufficienti per affrontare le sue sfide uniche e i potenziali rischi.
CRISPR è uno degli strumenti genetici più recenti che consente agli scienziati di apportare modifiche al DNA, la molecola che contiene le istruzioni su come gli esseri viventi crescono e funzionano.
Il nome CRISPR sta per «Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats» [«sequenze ripetute palindrome brevi raggruppate a intervalli regolari», ndt], che si riferisce a un sistema presente in alcuni batteri. Gli scienziati hanno adattato questo sistema, insieme a una proteina speciale chiamata Cas9, per tagliare e modificare il DNA nei punti desiderati.
I ricercatori affermano che questo strumento ha rivoluzionato la scienza, rendendo più facile studiare i geni, risolvere problemi genetici ed esplorare nuovi trattamenti per le malattie. Sono descritti come dotati di un paio di forbici molecolari in grado di riscrivere il codice della vita.
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Introdotto nel 2012, è rapidamente diventato un’opzione preferita rispetto ai metodi più vecchi, come TALEN e nucleasi zinc-finger, che erano più costosi e richiedevano più tempo. Da allora, CRISPR è stato adottato in tutto il mondo, rivoluzionando il modo in cui gli scienziati modificano i geni e studiano il DNA.
Ecco una spiegazione semplificata del funzionamento della tecnologia CRISPR:
1) Individuare il DNA target: gli scienziati identificano la sequenza specifica del DNA che vogliono modificare, come quando si cerca un errore di battitura in un libro.
2) Guida lo strumento: creano un «RNA guida» per condurre il sistema CRISPR nel punto esatto del DNA.
3) Taglia il DNA: la proteina Cas9, agendo come una forbice molecolare, taglia il DNA nel punto bersaglio.
4) Riparare o modificare: la cellula cerca di riparare il taglio. Gli scienziati possono lasciare che la cellula lo ripari naturalmente o inserire nuovo DNA per apportare modifiche specifiche.
Questa tecnologia è stata ampiamente utilizzata nei campi della medicina, dell’agricoltura, della ricerca e della biotecnologia. Di seguito una breve descrizione dell’adozione di questo ultimo progresso nell’ingegneria genetica secondo i sostenitori di CRISPR:
Medicinale:
Sviluppo di terapie geniche per curare malattie genetiche (ad esempio, anemia falciforme e fibrosi cistica).
Ricerca di trattamenti all’avanguardia contro il cancro mediante la modifica delle cellule immunitarie per colpire il cancro.
Esplorazione di trattamenti per le infezioni virali (ad esempio, HIV e COVID-19).
Agricoltura:
Studio della resistenza delle colture ai parassiti, alle malattie e allo stress ambientale.
Ricerca sul contenuto nutrizionale migliorato e sulla durata di conservazione di frutta e verdura.
Creazione di bestiame resistente alle malattie.
Ricerca scientifica:
Studiare il funzionamento dei geni e comprendere le malattie a un livello più profondo.
Creazione di modelli animali per imitare le malattie umane a scopo di ricerca.
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Biotecnologia:
Ingegneria microbica per produrre biocarburanti, prodotti farmaceutici e prodotti chimici industriali.
Sviluppare nuovi strumenti diagnostici per rilevare le malattie in modo più accurato.
Conservazione ed ecologia:
Proteggere teoricamente le specie in via di estinzione modificando i geni per renderli resistenti alle malattie.
Tentativo di controllo delle specie invasive o dei parassiti attraverso gene drive.
Secondo la ricerca, gli OGM 2.0 (organismi geneticamente modificati 2.0) annunciano un’incredibile svolta nella società moderna. È vero?
Dai resoconti degli scienziati e dell’industria biotecnologica, sembrerebbe che CRISPR sia il nirvana della scienza e che la sua precisione genetica consenta le scoperte segnalate.
Tuttavia, CRISPR presenta anche potenziali rischi e preoccupazioni etiche. Uno dei pericoli maggiori sono gli effetti off-target, in cui CRISPR modifica accidentalmente la parte sbagliata del DNA, il che potrebbe portare a cambiamenti indesiderati e risultati potenzialmente dannosi.
Esiste anche il rischio di alterazione genetica, ovvero l’alterazione di un gene potrebbe avere effetti imprevedibili su altri geni o sistemi biologici.
CRISPR non è preciso. Sequenze di DNA simili in altre parti del genoma possono confondere lo strumento, inducendolo a tagliare o modificare nei punti sbagliati. Anche quando CRISPR taglia il punto giusto, il processo di riparazione del DNA da parte della cellula può introdurre errori o causare cambiamenti involontari.
Nella situazione più inquietante, come nel caso dell’editing degli embrioni umani, i cambiamenti potrebbero essere trasmessi alle generazioni future, sollevando preoccupazioni circa conseguenze impreviste per intere popolazioni.
Inoltre, CRISPR potrebbe essere utilizzato in modo improprio, ad esempio per creare organismi nocivi o «designer babies» [«bambini progettati», ndt], dando origine a dibattiti etici sui limiti della modifica genetica. La precisione è stata messa in discussione, dando origine a “errori” genetici.
Renovatio 21 traduce questo articolo per gentile concessione diChildren’s Health Defense. Le opinioni degli articoli pubblicati non coincidono necessariamente con quelle di Renovatio 21.
Secondo un team di ricercatori e medici del programma di ricerca clinica ImmuGene dell’Università di Zurigo in Svizzera, in determinate condizioni l’editing genetico basato su CRISPR può portare a delezioni e riarrangiamenti del DNA su larga scala.
Sono in fase di sviluppo strumenti di editing genetico basati su CRISPR per correggere specifiche sezioni difettose del genoma e curare malattie genetiche ereditarie; alcune applicazioni sono già in fase di sperimentazione clinica.
Tuttavia, c’è un problema: in determinate condizioni, la riparazione può portare a delezioni e riarrangiamenti su larga scala del DNA, come nel caso del targeting del gene NCF1 nella malattia granulomatosa cronica (CGD). Questo è stato segnalato da un team di ricercatori e medici del programma di ricerca clinica ImmuGene presso l’Università di Zurigo.
Le loro scoperte hanno importanti implicazioni non solo per la terapia basata sull’editing genetico, ma anche per l’editing genetico mediato da CRISPR su animali e piante, dove potrebbero essere innescati gli stessi tipi di danni genetici su larga scala.
Infatti, poiché tale editing viene eseguito con molta meno cautela negli organismi non umani, la probabilità che si verifichino danni su larga scala aumenta enormemente (vedere di seguito sul multiplexing).
Lo studio dimostra inoltre che i tentativi di evitare questi problemi utilizzando adattamenti delle tecnologie di editing genetico CRISPR, come l’editing di prime e di base, potrebbero non avere successo.
Questa ricerca sulla CGD è solo l’ultima di una serie di studi che hanno ripetutamente dimostrato che diversi tipi di mutazioni indesiderate derivanti dall’editing genetico possono influenzare il funzionamento di molteplici sistemi genici, con conseguenze potenzialmente dannose.
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Che cosa è la CGD?
La CGD è una rara malattia ereditaria che colpisce circa una persona su 120.000. La malattia compromette la componente del sistema immunitario responsabile della lotta alle infezioni, il che può essere pericoloso per la vita del paziente.
Una variante della CGD è causata dall’assenza di due lettere nella sequenza genica dell’unità base del DNA che codifica per la proteina NCF1. Questo errore determina l’incapacità delle cellule del sangue note come neutrofili di produrre un complesso enzimatico che svolge un ruolo essenziale nella difesa immunitaria contro infezioni batteriche, da lieviti e fungine.
I risultati del nuovo studio
Nel nuovo studio, il team di ricerca è riuscito a utilizzare il sistema di editing genetico CRISPR per inserire le lettere mancanti dell’unità base del DNA nel posto giusto nel gene NCF1, riparando così il difetto genetico.
Inizialmente, hanno condotto esperimenti su colture di cellule umane contenenti il gene difettoso NCF1.
Gli autori sono poi passati agli esperimenti che utilizzano i bersagli cellulari naturali per la terapia genica CGD: cellule staminali del midollo osseo e cellule progenitrici parentali di pazienti CGD che ospitano il difetto nel gene NCF1. (Le cellule staminali del midollo osseo sono le cellule parentali da cui vengono prodotti tutti i tipi di cellule del sangue. Ciò include globuli rossi e cellule del sistema immunitario, ad esempio, cellule T, cellule B e neutrofili).
Tuttavia, alcune delle cellule riparate ora mostravano nuovi difetti genetici che interessavano ampie regioni del DNA. Intere sezioni del cromosoma attorno a dove era avvenuta la riparazione tramite editing genetico erano mancanti. Queste sezioni mancanti in alcuni casi si estendevano su milioni di unità base del DNA, con conseguente perdita di molti geni (17 in un caso).
La ragione di ciò è la particolare costellazione genetica in cui si trova il gene NCF1: è presente tre volte sullo stesso cromosoma, una volta come gene normalmente funzionante e due volte sotto forma di pseudogeni difettosi (copie imperfette del gene funzionale).
Questi pseudogeni non sono in grado di produrre la normale proteina NCF1 e quindi non possono contribuire alla formazione del complesso enzimatico richiesto dai neutrofili per combattere le infezioni.
Lo strumento di editing genetico CRISPR non è riuscito a distinguere tra le diverse versioni del gene NCF1 e quindi occasionalmente ha tagliato il filamento di DNA in più punti del cromosoma, sia nel gene NCF1 normalmente funzionante che negli pseudogeni difettosi.
Quando le sezioni sono state successivamente riunite, in alcuni casi, interi segmenti genici erano disallineati o mancanti. Le conseguenze mediche sono imprevedibili e, nel caso peggiore, possono contribuire allo sviluppo della leucemia.
«Ciò richiede cautela quando si utilizza la tecnologia CRISPR in un contesto clinico», ha affermato l’autrice principale Janine Reichenbach.
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Ricercato metodo più sicuro
Nel tentativo di ridurre al minimo i rischi di introdurre inavvertitamente danni su larga scala al DNA, il team ha testato una serie di approcci utilizzando diverse versioni dello strumento di editing genetico CRISPR.
Per prima cosa, hanno introdotto nelle cellule un complesso di editing CRISPR/Cas preassemblato, noto come RNP (ribonucleoproteina), anziché materiale genetico (plasmidi) che codifica per questo strumento di editing genetico.
L’utilizzo di complessi CRISPR/Cas RNP preassemblati è diventato uno standard nel campo della terapia genica poiché, una volta all’interno delle cellule bersaglio, hanno una vita più breve rispetto al DNA plasmidico e quindi hanno meno tempo per causare danni involontari al DNA.
I ricercatori hanno scoperto che il CRISPR/Cas RNP poteva correggere con successo il difetto genetico NCF1 nel 5% o 50% delle cellule bersaglio, a seconda del tipo di cellula. Tuttavia, ciò non ha impedito la formazione di danni al DNA su larga scala in un’alta percentuale di queste cellule bersaglio, ovvero il 25% o il 35%.
In secondo luogo, i ricercatori hanno anche testato varianti dello strumento di editing genetico CRISPR/Cas che introducono solo rotture a singolo filamento di DNA anziché la più comune rottura a doppio filamento di DNA. Questo per evitare la formazione di rotture a doppio filamento che sono generalmente considerate la causa di danni al DNA su larga scala.
Hanno anche preso in considerazione l’utilizzo di elementi protettivi che riducono la probabilità che lo strumento di editing genetico tagli il cromosoma in più siti contemporaneamente.
Sfortunatamente, nessuna di queste misure è stata in grado di prevenire completamente gli effetti indesiderati, incluso, forse sorprendentemente, il fatto che lo strumento CRISPR non abbia causato alcuna rottura del doppio filamento del DNA.
Ciò funge da avvertimento per coloro che sviluppano approcci di editing genetico basati su CRISPR che coinvolgono processi noti come prime editing e base editing, che si basano su rotture del singolo filamento di DNA per svolgere la loro attività di editing.
Si ritiene comunemente che l’utilizzo di tali metodi minimizzi il rischio di creare grandi cancellazioni e riarrangiamenti indesiderati nel DNA.
Ma la nuova ricerca dimostra che potrebbe non essere così e che è necessaria un’attenta caratterizzazione genetica molecolare, come il sequenziamento del DNA a lettura lunga, per garantire che ciò non sia accaduto.
«Questo studio evidenzia sia gli aspetti promettenti che quelli impegnativi delle terapie basate su CRISPR», ha affermato il coautore Martin Jinek, professore presso il Dipartimento di biochimica dell’Università di Zurigo.
Ha affermato che lo studio fornisce spunti preziosi per lo sviluppo di terapie di editing genetico per la CGD e altre malattie ereditarie.
«Tuttavia, sono necessari ulteriori progressi tecnologici per rendere il metodo più sicuro ed efficace in futuro».
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Implicazioni per l’editing genetico di animali e piante
Sebbene questo studio sia correlato alla terapia genica umana, ha importanti implicazioni per l’editing genetico di animali e piante. Questo perché i tipi di danni su larga scala al genoma descritti in questo studio possono verificarsi anche durante l’editing genetico di questi organismi.
Di conseguenza, il funzionamento di molti geni può essere interrotto o perso. Ciò a sua volta può portare a cambiamenti importanti nella funzione biochimica e cellulare dell’organismo.
Negli animali, gli effetti indesiderati osservati in questo studio potrebbero compromettere la salute, causando malattie come cancro e difetti dello sviluppo. Nel caso di piante alimentari geneticamente modificate, il risultato potrebbe essere una tossicità o allergenicità inaspettata, o un contenuto nutrizionale alterato.
Molti ingegneri genetici vegetali affermano di poter escludere le piante con mutazioni genetiche indesiderate. Tuttavia, a meno che una mutazione non faccia apparire la pianta palesemente malata o non riesca a crescere e propagarsi, potrebbe non essere individuata, anche se potrebbe aver dato origine a una composizione biochimica alterata che può danneggiare il consumatore.
Rischi del multiplexing
La probabilità che il danno al DNA su larga scala osservato in questo studio si verifichi durante l’editing genetico delle piante alimentari è enormemente aumentata dall’aspirazione degli ingegneri genetici vegetali di colpire più geni simultaneamente («multiplexing»).
Il multiplexing consiste nell’introdurre nelle cellule più strumenti CRISPR/Cas contemporaneamente, con l’obiettivo di colpire diverse posizioni nel DNA dell’organismo.
Ciò determina la creazione simultanea di numerosi tagli nel DNA delle cellule e di conseguenza esiste un rischio molto elevato che si verifichino grandi cancellazioni e riarrangiamenti durante la riparazione del DNA, come è dimostrato graficamente in questo studio.
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È richiesto un attento esame
In conclusione, questo studio completo ha dimostrato come delezioni e riarrangiamenti su larga scala del genoma possano verificarsi in seguito all’attività anche di un singolo strumento di editing genetico CRISPR/Cas.
Si è scoperto che ciò avviene quando l’attività dello strumento di editing genetico produce una rottura del DNA a singolo o doppio filamento sia nei siti di editing previsti che in quelli non previsti. Questo processo imita anche ciò che avviene durante le applicazioni di editing genetico multiplex mediate da CRISPR/Cas.
Gli autori avvertono che i siti bersaglio dell’editing genetico devono essere esaminati attentamente per evitare che questo meccanismo provochi effetti di questo tipo.
Le persone nel campo dell’editing genetico agricolo devono assicurarsi di fare anche questo. Ma finora non abbiamo visto alcuna prova che lo stiano facendo. Questa omissione può comportare la perdita di una caratterizzazione genetica molecolare cruciale e delle conseguenze a valle di qualsiasi danno genetico in un prodotto finale modificato geneticamente e destinato al mercato.
Tali conseguenze possono includere l’interruzione di molteplici funzioni geniche, che portano a cambiamenti biochimici che risultano in tossicità o allergenicità inaspettate, o contenuto nutrizionale compromesso. Devono essere in atto delle normative per richiedere che tutte queste possibilità siano esaminate in una valutazione approfondita del rischio.
Il dott. Michael Antoniou è professore di genetica molecolare presso il Dipartimento di genetica medica e molecolare del King’s College di Londra.
Claire Robinson è una redattrice di GMWatch.
I punti di vista e le opinioni espresse in questo articolo sono quelli degli autori e non riflettono necessariamente i punti di vista di Children’s Health Defense.
Renovatio 21 offre questa traduzione per dare una informazione a 360º. Ricordiamo che non tutto ciò che viene pubblicato sul sito di Renovatio 21 corrisponde alle nostre posizioni.
Renovatio 21 traduce questo articolo per gentile concessione diChildren’s Health Defense. Le opinioni degli articoli pubblicati non coincidono necessariamente con quelle di Renovatio 21.
Uno studio su Nature Genetics mostra che l’uso delle «forbici genetiche» CRISPR/Cas causa cambiamenti genetici involontari che sono diversi dalle mutazioni casuali. Questi risultati hanno anche implicazioni per la valutazione del rischio delle piante ottenute da nuove tecnologie di ingegneria genetica.
Uno studio pubblicato di recente su Nature Genetics dimostra che l’uso delle «forbici genetiche» CRISPR/Cas provoca cambiamenti genetici involontari che sono diversi dalle mutazioni casuali.
Secondo lo studio, i principali cambiamenti strutturali nei cromosomi si verificano molto più frequentemente nelle regioni genomiche prese di mira dalle «forbici geniche» rispetto a quanto accadrebbe altrimenti.
Questi risultati hanno implicazioni anche per la valutazione del rischio delle piante ottenute tramite la nuova ingegneria genetica, ha riferito TestBiotech.
Secondo la Commissione dell’Unione Europea e l’Autorità europea per la sicurezza alimentare, le modifiche genetiche involontarie risultanti dall’uso delle «forbici genetiche» CRISPR/Cas non sono diverse dalle mutazioni casuali.
Tuttavia, un nuovo metodo di valutazione dei dati dimostra che questa ipotesi è errata.
L’uso di CRISPR/Cas interrompe completamente il doppio filamento di DNA, causando la temporanea separazione di alcuni cromosomi dalla sezione principale.
Nella sezione separata (distale), i cromosomi possono ristrutturarsi e sequenze più grandi di DNA possono andare perse (delezioni), invertite (inversioni) o inserite nel posto sbagliato (inserzioni).
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