La tecnica di editing genomico Crispr/Cas9 per la prima volta a servizio della medicina spaziale. I raggi cosmici altamente ionizzanti presenti nello spazio infatti aumentano il rischio per gli astronauti di pericolose alterazioni del Dna. Tali alterazioni possono tradursi in un aumentato rischio di contrarre il cancro o altre patologie dannose, mettendo a repentaglio anche la progettazione di lunghe missioni spaziali future. Un nuovo studio pubblicato su Plos One presenta il primo esperimento di trasformazione genetica condotto interamente nello spazio, a bordo della Stazione spaziale internazionale (Iss), utilizzando la tecnica Crispr/Cas9 – premiata con il Nobel per la chimica a Emmanuelle Charpentier e Jennifer A. Doudna nel 2020.
L’astronauta della Nasa Christina Kock mentre esegue la procedura sperimentale a bordo della Stazione Spaziale Internazionale. Crediti: Sebastian Kraves
Non accade solo nello spazio. Danni in alcune sequenze del Dna possono verificarsi in qualunque organismo durante i normali processi biologici o come risultato di cause ambientali, come l’esposizione non controllata alla luce Uv, e – come dicevamo – può portare a gravi patologie come il cancro. Fortunatamente però, le cellule hanno diverse frecce al proprio arco per riparare in modo naturale simili danni.
Nel caso specifico degli astronauti, date le condizioni di vita estreme e l’aumentata esposizione a fattori di rischio, è importante comprendere quali strategie il corpo sia in grado di mettere in atto e, soprattutto, quanto queste siano efficaci. Le particelle ionizzanti che compongono i raggi cosmici possono infatti creare danni multipli e localizzati, che possono risultare difficili da riparare. Fra queste, le più pericolose sono le cosiddette rotture a doppio filamento, in cui le spine dorsali di fosfato di entrambi i filamenti di Dna vengono idrolizzate. Inoltre, alcuni studi hanno già mostrato che la microgravità può influenzare le decisioni del nostro organismo circa la riparazione delle sequenze di Dna danneggiate.
Ma vediamo un po’ meglio quali sono le caratteristiche di questa tecnica di editing genomico. Crispr/Cas9 significa clustered regularly interspaced short palindromic repeats/Crispr-associated protein (ovvero brevi ripetizioni palindrome raggruppate e separate a intervalli regolari e proteine associate) e non l’abbiamo inventata noi. Il nome veniva infatti già utilizzato per identificare il sistema immunitario di un organismo procariote, come un batterio. Gli scienziati hanno copiato, in sostanza, la tecnica utilizzata dai batteri per difendersi dall’attacco di virus, e l’hanno ingegnerizzata per creare una sorta di forbice in grado di selezionare velocemente, tagliare, riparare e riscrivere una specifica sequenza del Dna di qualunque organismo.
Nel nuovo studio, gli scienziati hanno sviluppato un nuovo metodo per studiare la riparazione del Dna nelle cellule di un lievito, il Saccharomyces cerevisiae, che può essere condotto interamente nello spazio. La tecnica Crispr/Cas9 in questo caso viene utilizzata per creare danni precisi nei filamenti di Dna in modo che i meccanismi di riparazione possano essere osservati in modo più dettagliato di quanto sarebbe possibile con danni non specifici tramite radiazioni, ad esempio. Il danno indotto al Dna, inoltre, è una rottura del doppio filamento.
Il primo successo dello studio, dicono i ricercatori, è aver dimostrato la fattibilità del nuovo metodo applicato alle cellule di lievito a bordo della Iss: è la prima volta che l’editing del genoma Crispr/Cas9 viene eseguito con successo nello spazio, e che cellule vive sono sottoposte con successo a una trasformazione genica – ovvero l’incorporazione di materiale genetico proveniente dall’esterno dell’organismo. In futuro, l’esperimento potrà essere perfezionato per imitare meglio il complesso danno al Dna causato dalle radiazioni ionizzanti, e la stessa tecnica potrà servire come base per indagini su numerosi altri argomenti di biologia molecolare legati all’esposizione ai raggi cosmici in vista di missioni spaziali di lunga durata.
«Non si tratta solo del fatto che il team ha impiegato con successo tecnologie innovative come l’editing del genoma Crispr, la Pcr (polymerase chain reaction) e il sequenziamento in ambiente esterno (tecniche precedentemente validate sulla Iss per rilevare variazioni nella sequenza del Dna dopo la riparazione), ma anche che siamo stati in grado di integrarli in un flusso di lavoro biotecnologico funzionalmente completo applicabile allo studio della riparazione del Dna e di altri processi cellulari fondamentali in microgravità», commenta Sebastian Kraves, co-fondatore della startup MiniPcrBio e coautore dello studio. «Questi sviluppi riempiono il nostro team di speranza nella rinnovata ricerca dell’umanità di esplorare e abitare lo spazio nella sua vastità».
Per saperne di più:
- Leggi su Plos One l’articolo “A CRISPR-based assay for the study of eukaryotic DNA repair onboard the International Space Station”, di Sarah Stahl-Rommel, David Li, Michelle Sung, Rebecca Li, Aarthi Vijayakumar, Kutay Deniz Atabay, G. Guy Bushkin, Christian L. Castro, Kevin D. Foley, D. Scott Copeland, Sarah L. Castro-Wallace, Ezequiel Alvarez Saavedra, Emily J. Gleason e Sebastian Kraves