Il MIT ha condotto il primo test diagnostico basato su CRISPR

La tecnologia di editing genetico potrebbe rivoluzionare le diagnosi mediche.

|
apr 20 2017, 9:24am

Ormai tutti parlano di CRISPR come un potente strumento di editing genetico, di come il suo utilizzo su larga scala abbia già cambiato il mondo della ricerca, e di come potrebbe presto cambiare discipline tanto diverse, dalla medicina alla conservazione.

Ora un nuovo articolo, pubblicato su Science dal bio-ingegnere Feng Zhang e il suo team del MIT, mostra come questo strumento possa essere applicato anche alle diagnosi mediche.

L'hanno chiamato SHERLOCK (Specific High Sensitivity Enzymatic Reporter UnLOCKing) che è chiaramente un retro-acronimo per rimandare al famoso investigatore creato da Sir Arthur Conan Doyle. E proprio come un detective, SHERLOCK è in grado di rilevare quantità microscopiche di quello che sta cercando. Quanto microscopiche? Be', così microscopiche che micro smette di essere il termine adatto: SHERLOCK trova il bersaglio prescelto fino a concentrazioni attomolari (10-18), una parte per miliardo di miliardi. Sulla carta, la sensibilità è un milione di volte superiore a quella del più comune test in uso fino ad oggi, l'ELISA.

Feng Zhang del MIT spiega il funzionamento di SHERLOCK.

Per spiegare CRISPR si usano sempre colorate analogie, ma senza dubbio la più comune è quella della forbice molecolare che taglia il DNA esattamente dove dice la guida. Ma ci sono diversi tipi di CRISPR, con diversi tipi di forbici molecolari che tagliano il bersaglio in maniera leggermente diversa: la versione classica e più famosa di cui solito si parla è CRISPR-Cas9.

La versione usata da SHERLOCK è invece CRISPR-Cas13a, precedentemente nota come C2c2. Questa variante non taglia il DNA, ma solo l'RNA, che nelle cellule trasferisce l'informazione dal genoma alle fabbriche cellulari che producono le proteine. Alcuni virus però utilizzano l'RNA invece che il DNA come materiale genetico, e visto che CRISPR è il "sistema immunitario" che si è evoluto nei batteri per difendersi dai virus alcune varianti sono specializzate nel tagliare l'RNA.

Cas13a fa parte di queste, ma ha anche una seconda peculiarità: dopo aver riconosciuto il suo bersaglio, taglia anche gli RNA vicini che non corrispondono alla sua guida. Ed è su questa differenza che si basa la capacità di SHERLOCK di trovare quantità anche minuscole di sequenze virali o batteriche. Cas13a viene come al solito programmato con una guida per colpire un preciso bersaglio, ad esempio il virus Zika, all'interno della saliva, dell'urina o del sangue del paziente. Al campione viene aggiunto dell'RNA-reporter, cioè dei brevi segmenti di RNA a cui è legata una molecola fluorescente. Quando Cas13a viene aggiunto al campione, confronta la sua guida con tutto l'RNA presente, alla ricerca di Zika.

Se il virus non è presente, nulla viene tagliato, e l'esame resta negativo. Ma se c'è una prima corrispondenza perfetta, Cas13a diventa iperattivo e si mette a tagliare anche un po' dell'RNA-reporter, che emette un segnale fluorescente che i ricercatori hanno potuto osservare direttamente.

La struttura tridimensionale di Cas13a. Immagine via Science


L'idea di usare CRISPR per la diagnostica viene pubblicata per la prima volta lo scorso anno su Nature. In quell'occasione, un team di ricercatori dell'University of California-Berkeley guidati da Jennifer Doudna, ha mostrato proprio questi tagli collaterali di Cas13a, suggerendo la possibilità di utilizzare lo strumento per trovare RNA estraneo. Ma è stato il team di Feng Zhang — il rivale di Doudna e UC-Berkley in una accanita battaglia sui brevetti per CRISPR — a trasformare l'intuizione iniziale in una vera e propria tecnica di laboratorio che potrebbe essere utilizzata in ambito clinico.

Nello studio su Science, gli autori mostrano che con SHERLOCK sono in grado di identificare nei campioni di pazienti i virus Zika e Dengue, batteri tra cui E. Coli, Pseudomonas e Klebsiella pneumoniae e, con un paio di passaggi aggiuntivi, addirittura specifiche sequenze genetiche mutate presenti in certi tipi di cancro.

Secondo lo studio, grazie all'uso del già economico CRISPR, il test può essere progettato e scalato in maniera da essere molto economico, fino ad un minimo di 61 centesimi per test. I reagenti si possono conservare anche non congelati o tenuti nella catena del freddo, il che è un vantaggio notevole per l'uso diretto sul campo, magari negli stessi paesi tropicali in cui spesso emergono minacce virali prima sconosciute o difficili da diagnosticare, come lo stesso virus Zika. Il test è anche molto rapido, con la maggior parte dei risultati ottenibili in un'ora.

L'MIT e il Broad Institute si stanno già muovendo per commercializzare la scoperta, ed è già in vista una nuova start-up che si aggiunga all'ecosistema già esistente per riuscire a portare la tecnica oltre i controlli delle agenzie regolative come FDA e EMA. Bisognerà specialmente assicurarsi che SHERLOCK non cada vittima di falsi positivi o falsi negativi quando impiegato su larga scala in ambiente clinico.

CRISPR affascina il pubblico perché potrebbe far diventare reali possibilità che prima erano reame esclusivo della fantascienza, ma tramite SHERLOCK potrebbe cambiare persino la diagnostica medica ed entrare di soppiatto nella vita di tutti.