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Il sistema CRISPR/Cas9 e la medicina di domani

Thomas Vaccari

Dipartimento di Bioscienze Universita’ degli Studi di Milano

Uno strumento di precisione per la chirurgia del DNA

La medicina di domani deve ringraziare…

Ma andiamo per gradi….

Il problema:

Il colpevole!

Ma anche i batteri hanno un sistema immunitario!

Funziona grazie ai CRISPR (Clustered Repeated Interspersed Short Palindromic Repeats)

Scacco al fago in 4 mosse!

Perché ci interessano le proteine Cas, il braccio armato del sistema?

Che cosa succede in una cellula eucariotica?

Come funziona Cas9? (2012)

Che forma ha Cas9? (2014)

Jen Doudna

Emmanuelle Charpentier

FrankenCRISPR!

Feng Zhang

David Liu

Off-targets e dipendenza dalla PAM

1000 tagli non voluti nel genoma del topo (Schaefer et al Nat Biotech 2017). Studio poi retratto….

EvoCas9!

Anna Cereseto e il suo team del Cibio dell’università di Trento ha modificato una parte di Cas9 per far diventare le “forbici” più precise (Casini et al Nat Biotech 2018).

xCas9!

David Liu e il suo team al Broad Institute ha modificato una parte di Cas9 per fargli “calzare” PAM diverse (Hu et al Nature 2018).

Ricapitoliamo fino a qui.

Da Nature Methods 2017

Cas9 all’opera

Video ottenuto con microscopia a forza atomica (Shibata et al Nat Comm 2017)

Applicazioni

•Accessibilità genetica per organismi inesplorati e creazioni di mutanti su misura

Ricerca di base

Agronomia: OGM o Non OGM?•Waxy mais (il primo e per usi industriali) •Ma anche: soia resistente agli stress idrici, champignon che

non si scuriscono, pomodori resistenti ai batteri, patate senza acrilammide, viti che si difendono dalla peronospora…

CRISPR Gene drives•Contro la malaria per diffondere zanzare che portano la

resistenza al plasmodio (Bill Gates foundation). •Anche per eradicare specie invasive (daughterless mice in

NZ).

Diagnostica

•Cas armati per riconoscere DNA di Zika o Dengue virus (Sherlock system; Collins 2016, Zhang 2017)

Xenotrapianti

•CRISPR usato per inattivare i retrovirus porcini ed evitare che passino agli organi umani (yang et al 2015)

Immunoterapia dei tumori

•Cellule CAR-T: CRISPR permetterà di armare i linfociti T per riconoscere e uccidere cellule tumorali (già fatto con TALEN)

Editing di embrioni umani

•correzione di una mutazione nel gene MYBPC3 che causa cardiopatia ipertrofica (Mitalipov 2017)

•Vari altri gruppi cinesi hanno riportato correzioni di mutazioni puntiformi che causano malattie congenite come la beta-thalassemia

Interessi commerciali

• Battaglia legale tra Berkeley e Harvard/Broad

• Varie compagnie per lo sfruttamento commerciale sono sorte (Editas, Caribou biosciences, ERS Genomics e altre)

• Attualmente più di 60 brevetti in USA e 20 in EU

• DuPont Pioneer e Broad hanno aderito a uno schema di licenze condiviso (gratis per accademia, semplificato per compagnie).

Scienza e società• Nel 2015 conferenza globale su gene editing promossa da

Doudna sul modello del meeting di Asilomar 1975 per discutere di biologia molecolare

Riepilogo

• CRISPR è un sistema di riconoscimento molecolare derivato dal sistema di difesa dei batteri contro virus

• Funziona in ogni cellula e permette di riconoscere, tagliare o modificare DNA o RNA a piacimento

• Un esplosione di studi ha permesso di modificare il sistema e ottimizzarlo per una miriade di applicazioni

• Un’ondata di organismi modificati che costituiranno il nostro futuro cibo, ambiente, e fabbisogno energetico è alle porte

• L’editing genetico promette una rivoluzione del sapere e della nostra capacità di sconfiggere le malattie

• In ricerca non si sa da dove si parte e non si può prevedere dove si arriverà (ma il percorso è sempre un arricchimento!)

Grazie per l’attenzione!

Fonti-Letteratura -Internet -https://crispr.blog