Che cos’è CRISPR-Cas12a2? & Perché è importante?

Una breve storia di CRISPR

CRISPR sta per Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, che sono segmenti di DNA procariotico contenenti brevi ripetizioni di sequenze di basi. Questi fanno parte di un sistema di difesa batterico che, insieme alle proteine associate a CRISPR (Cas), forma la base per la tecnologia di editing del genoma CRISPR-Cas9. Essenzialmente, mira al materiale genetico del virus per fermarne la propagazione.

Le molecole di CRISPR possono essere utilizzate insieme alla proteina Cas9 (Cas significa Proteina Associata a CRISPR) per formare la tecnologia CRISPR-Cas9. Questa tecnologia viene utilizzata per editing genes all’interno di cellule e organismi viventi utilizzando sequenze di CRISPR modificate.

Un vantaggio chiave di questa tecnica è che consente di mirare con grande precisione all’area del DNA che viene modificata, qualcosa che le tecniche precedenti non potevano gestire. Gli inventori di CRISPR-Cas9 hanno vinto il Premio Nobel per la Chimica nel 2020.

Ma Cas-9 non è l’unico modo possibile per utilizzare CRISPR. Esiste anche Cas13, che può essere utilizzato per l’editing dell’RNA. E quello che riguarda questo articolo, Cas12a

Cas12a vs Cas9

Questo spiegherà Cas12a nel modo più possibile comprensibile per un non biochimico, in modo che alcuni dettagli saranno semplificati, e possiamo prima esaminare cosa sia CRISPR-Cas12a.

CRISPR-Cas12a è un sistema diverso da Cas9 in alcuni aspetti:

• Fornisce siti di taglio alternativi a quelli che Cas9 può fare.
  • Traduzione non tecnica: i problemi difficili da risolvere con Cas9 potrebbero essere gestibili con Cas12a
• Taglia il DNA in un modo che lascia una sezione “appiccicosa” di DNA invece del taglio “ottuso” di Cas9, e può essere tagliato più volte.
  • Traduzione non tecnica: ciò comporta maggiori possibilità di editing del gene.
• Non c’è bisogno di un tracrRNA (crRNA transattivante) per Cas12a, a differenza di Cas9. A causa della dimensione più piccola, ciò consentirebbe un editing del genoma multiplo più facile.
  • Traduzione non tecnica: più di un gene può essere modificato contemporaneamente con Cas12a

Source: Wikipedia

Proprietà uniche di Cas12a2

Con CRISPR-Cas12a, i ricercatori pensavano di avere una nuova versione leggermente diversa della ormai meglio compresa CRISPR-Cas9. Aveva molti usi interessanti a causa di queste variazioni, ma era ancora lo stesso meccanismo di base.

E poi arrivò Cas12a2.

L’ultimo numero, “2” alla fine, è per una variante di Cas12a che sembrava avere proprietà molto diverse. In realtà, funziona in modo molto diverso da “Cas12a normale” rispetto a come Cas12a è diverso da Cas9.

I sistemi CRISPR-Cas sono progettati per attaccare geni estranei e proteggere i batteri dai virus. I ricercatori hanno riutilizzato questa capacità per l’editing dei geni. Ciò che fa Cas12a2 è molto diverso. Quando rileva l’RNA virale, inizia ad attaccare tutti gli acidi nucleici all’interno della cellula. La maggior parte delle volte, ucciderà la cellula interessata, proteggendo il resto della colonia batterica e bloccando la replicazione del virus.

Questo meccanismo completamente nuovo ha fatto ottenere ai suoi scopritori un posto nella prestigiosa pubblicazione Nature all’inizio di gennaio 2023 in 2 articoli diversi (qualcosa di quasi carriera-fatto per qualsiasi biologo).

Applicazioni di Cas12a2

Il motivo dell’entusiasmo dei revisori di Nature è abbastanza semplice. Il meccanismo di Cas12a2 consente la creazione di uno strumento per “uccidere le cellule in modo programmabile”.

La prima applicazione potrebbe essere un editing molto più efficiente utilizzando l’altro metodo CRISPR. Combinare Cas12a2 con altri sistemi CRISPR-Cas potrebbe aumentare l’efficienza dell’editing del genoma CRISPR attraverso la contro-selezione.

Potrebbe anche essere molto efficiente nel rilevare l’RNA virale. Quindi, una seconda applicazione è che Cas12a2 potrebbe essere trasformato in un test quasi perfetto per rilevare i virus. L’articolo pubblicato dimostra già una prova di concetto di questa idea.

I test basati su Cas12a2 combinerebbero la sensibilità molto alta di un test PCR con la facilità e l’economicità di un test casalingo. Tutto senza richiedere macchinari complessi.

La parte migliore è che può essere tarato per rilevare virtualmente qualsiasi virus RNA, una famiglia che contiene virus come COVID-19, l’influenza, Ebola e Zika, nonché qualsiasi mutazione che potrebbe eludere il lotto iniziale di test.

Tutto ciò che sarebbe necessario per progettare un nuovo test sarebbe conoscere il genoma del virus e progettare sequenze di crRNA personalizzate. Qualcosa che può essere fatto in sole poche settimane, come ha mostrato la pandemia.

Quindi, al livello attuale di comprensione di Cas12a2, il testing sembra essere un’applicazione straight-forward.

La terza applicazione possibile potrebbe essere nell’utilizzo di CRISPR-Cas12a2 nel trattamento del cancro. Un esempio teorico potrebbe essere programmare Cas12a2 per reagire a sequenze genetiche specifiche della cellula del cancro solo, costringendo la cellula del cancro a “suicidarsi”. Tuttavia, questa applicazione potrebbe essere più in là rispetto alle altre a causa della complessità della genetica delle cellule del cancro.

Investimento Takeaway

La tecnologia CRISPR è ancora in fase di infanzia, con meccanismi completamente nuovi da scoprire. Ci sono voluti 7 anni ai ricercatori che lavoravano su Cas12a2 per ottenere risultati abbastanza buoni da comprendere. CRISPR-Cas12a2 è stato appena pubblicato e si trova ancora a lungo dalla commercializzazione. Non sarei sorpreso se altre varianti dei sistemi CRISPR-Cas sono ancora nascoste nei risultati preliminari di altri team di ricerca in tutto il mondo.

Cas12a2 sarà uno spazio da studiare attentamente nel contesto della tecnologia di testing, formando potenzialmente una minaccia per i test antigenici e PCR nel lungo termine.

Potrebbe anche essere combinato con altre tecniche CRISPR per renderle più efficienti o risolvere ostacoli tecnici. Nel complesso, Cas12a2 sembra una buona ragione per essere più ottimisti sulla tecnologia CRISPR in generale e sul suo potenziale per cambiare la medicina. Compreso nel testing, qualcosa che nessuno aveva nemmeno immaginato fino a gennaio 2023.

Editas Medicine (EDIT) è una delle aziende che sta attualmente lavorando su questa tecnologia.