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CRISPR

Questa GIF è stata salvata nel genoma di un batterio grazie a CRISPR

Un simile utilizzo del tool di editing genetico potrebbe essere tanto rivoluzionario quanto l’invenzione del cinema.

Alessandro Tavecchio

Alessandro Tavecchio

The Horse in Motion, di Eadweard Muybridge, 1872. Immagine via: Wikimedia Commons

Quando si parla di CRISPR/Cas — l'ormai celebre strumento per modificare precisamente il DNA — si tende a descriverlo come una forbice, che cerca il suo bersaglio confrontandolo con uno stampo. Ma, nei batteri in cui l'abbiamo scoperto, CRISPR è anche un sistema per memorizzare informazione genetica. Tanto che un gruppo di ricercatori guidato da Seth Shipman del dipartimento di genetica di Harvard l'ha usato per salvare una gif nel DNA di batterio.

Agli albori della cinematografia, quando non esisteva un supporto alternativo alla pellicola da cui i i film prendono il nome e il montaggio veniva fatto con la moviola, la cinepresa impressionava il negativo, e l'editor andava poi manualmente alla ricerca del fotogramma giusto dove tagliare la scena.

Nei batteri, dove CRISPR è un sistema immunitario, succede qualcosa di simile. Quando un virus attacca un batterio iniettandogli il proprio DNA, CRISPR ne prende pezzetti e li infila nel DNA nella cellula. Questi "spezzoni" vengono poi confrontati con tutto il DNA nella cellula e, quando si trova corrispondenza, una proteina-editor taglia precisamente soltanto quelli dell'invasore.

Da anni, nel laboratorio di George Church, all'Università di Harvard, si lavora sul DNA come memoria per dati digitali. Il DNA è già di per sé un supporto digitale: invece che 0 e 1 utilizza basi azotate, ATCG, e invece di salvare video di Piero Angela che sgrava e lancia massi sul pubblico, codifica l'informazione che serve per costruire un organismo. Ha una altissima capacità ed è ultra compatto: un grammo di DNA può contenere fino ad un miliardo di terabyte di dati digitali, che si conservano tranquillamente per decine di migliaia di anni.

Nel 2012 il gruppo di Church, in una mossa che ha qualcosa di poetico, ha salvato un libro di biologia sintetica in un filamento DNA, salvando l'allora quantitativo record di 5 megabit di dati non biologici nel genoma di un organismo. Per quanto infatti sia vero che la capacità potenziale del DNA è incredibilmente enorme e che leggere (sequenziare) il DNA è sempre meno costoso, scrivere una stringa arbitraria è tutt'altro che facile o economico: il costo per base si aggira attorno al dollaro per lettera.

Il record è da allora stato infranto molte volte, ed è per ora in mano ad un gruppo di ricercatori della Columbia University che hanno salvato un film muto dei fratelli Lumière, il sistema operativo mini KolibriOS, un virus informatico, una foto della piastra delle sonde Pioneer e il codice di una carta regalo di Amazon da 50 dollari, per un totale di circa 200 megabit di dati.

Entrambi i progetti utilizzavano però DNA nudo, filamenti liberi in provette conservate in freezers. Con CRISPR, nel loro ilrecente esperimento, i ricercatori di Harvard hanno salvato informazioni direttamente nel genoma di un batterio.

Anche dopo una settimana, cioè dopo decine di migliaia di generazioni, la sequenza si può ritrovare senza che si sia degradata in alcun modo

La gif salvata è la serie di fotografie scattate da Eadweard Muybridge nel 1872, che ritraggono un cavallo al galoppo, uno dei primi film nella storia. La GIF è solo 5 fotogrammi, che è un bene: CRISPR salva nel DNA le sequenze in ordine dalla più vecchia alla più recente che incontra, creando così da solo una timeline, senza bisogno che ci sia alcuna informazione temporale codificata insieme alle immagini. Ma significa anche che, per ciascun frame, il DNA va fornito singolarmente e separatamente, un'operazione piuttosto dispendiosa e complicata.

Immagine via: Nature



Una volta introdotta nel genoma dei batteri, la GIF è stabile: anche dopo una settimana, cioè dopo decine di migliaia di generazioni, la sequenza si può ritrovare senza che si sia degradata in alcun modo. Almeno nelle condizioni di laboratorio, la sequenza è stabile, non dando né vantaggi né svantaggi evolutivi al batterio.

Usare CRISPR per memorizzare dati in DNA non risolve il problema del costo di sintesi di stringhe di DNA arbitrario, come un hard disk. Ma la dimostrazione che si può usare il tool di editing genetico per salvare in maniera stabile informazioni estranee in un sistema vivente, potrebbe significare che possiamo farlo diventare una sorta di cinepresa cellulare.

Invece di fornirgli noi le informazioni che vogliamo conservare, una cellula opportunamente modificata potrebbe registrare informazioni a cui ora non abbiamo accesso, come quali geni utilizza in quali momenti della sua vita, o tutti i contaminanti ambientali a cui viene incontro, salvando le informazioni direttamente nel DNA, che sappiamo leggere piuttosto bene.

Siamo solo ai primi passi e le applicazioni tecnologiche concrete della scoperta sono piuttosto lontane e imprevedibili. Difficilmente Muybridge avrebbe potuto immaginare che le sue foto sarebbero state salvate dentro esseri viventi, ma questo strumento potrebbe essere tanto rivoluzionario quanto l'invenzione del cinema.