Il potente strumento di modifica dei geni, CRISPR, ha rivoluzionato la ricerca consentendo agli scienziati di tagliare e legare il DNA con notevole precisione. Ma monitorare l’impatto di questi cambiamenti sulla funzione dei geni può richiedere molto tempo. I ricercatori analizzano attualmente ogni modifica una alla volta, un processo che può richiedere settimane.
Ora i ricercatori della UCLA hanno ottimizzato la tecnologia per monitorare il risultato di decine di migliaia di modifiche genetiche nel tempo che la strategia impiega attualmente per analizzarne alcune. Pubblicato in Nature Genetics, lo sviluppo di questa nuova strategia migliorerà la capacità degli scienziati di identificare i cambiamenti genetici che hanno più probabilità di danneggiare le cellule e contribuire alla malattia.
“Per diversi anni, gli scienziati hanno utilizzato CRISPR per tagliare molti geni contemporaneamente“, ha detto l’autore principale Leonid Kruglyak , Presidente della genetica umana presso la David Geffen School of Medicine della UCLA . “Ma c’era una mancanza dI metodo in CRISPR che gli impediva di modificare molti geni contemporaneamente. Il nostro laboratorio è il primo a sviluppare una tecnica su larga scala per ottenere questo risultato in cellule strutturate come cellule umane”.
“La ricerca precedente ha eseguito modifiche parallele nelle cellule batteriche, che sono organizzate in modo diverso rispetto alle cellule umane”, ha osservato il ricercatore.
CRISPR combina una proteina a forma di forbice chiamata Cas9 e una molecola guida che agisce come un segugio per fiutare un preciso sito nel genoma. Una volta lì, Cas9 taglia il DNA, disabilitando il gene mirato. Gli scienziati possono anche inserire un nuovo pezzo di DNA per modificare la sequenza e un patch di un gene sul taglio fatto da Cas9.
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“Affinché CRISPR introduca correttamente le modifiche al genoma, ogni cellula deve ricevere la giusta combinazione di guida e patch“, ha detto il primo autore Meru Sadhu, un ricercatore postdottorato nel laboratorio di Kruglyak. “Il fatto di consegnare le coppie correttamente a migliaia di cellule ha posto allo stesso tempo un complicato puzzle scientifico”.
I ricercatori dell’UCLA hanno inventato un metodo che collega fisicamente migliaia di guide al patch dei partner, consentendo di consegnare un set perfettamente abbinato a ciascuna cellula.
Per testare l’approccio, Kruglyak e Sadhu hanno studiato una classe di mutazioni genetiche sospettate di essere dannose per le cellule.
I ricercatori hanno eseguito l’esperimento sul lievito, che si presta bene a studi su larga scala di CRISPR. I cambiamenti cellulari in risposta alle alterazioni geniche si verificano rapidamente nel lievito e sono facili da osservare.
Dopo aver coltivato milioni di cellule di lievito all’interno di una fiala di liquido, gli scienziati hanno utilizzato CRISPR per fornire un set personalizzato di guide e patch accoppiati a ciascuna cellula, esplorando simultaneamente gli effetti di circa 10.000 mutazioni distinte. Ogni guida e patch ha insegnato a CRISPR dove tagliare il gene e quale modifica introdurre.
Dopo quattro giorni, il team ha identificato le cellule morte o sopravvissute.
“Siamo stati sorpresi di scoprire che alcuni geni ritenuti essenziali per la funzione cellulare in realtà non lo sono”, ha detto Sadhu. “In altri geni, solo una parte della proteina è essenziale, mentre il resto può essere tagliato e la cellula sopravvivrà ancora“.
Il team UCLA spera che la loro tecnica aiuterà gli scienziati a distinguere rapidamente le modifiche genetiche più dannose da quelle innocue.
“Ora possiamo modificare il genoma in migliaia di modi diversi, osservando gli effetti positivi o negativi sulle cellule”, ha detto Kruglyak, che è anche un ricercatore dell’Howard Hughes Medical Institute. “Il nostro obiettivo finale è quello di aiutare gli scienziati a comprendere il colpevole genetico di una malattia, portare i medici a una diagnosi ferma e consentire ai pazienti di ottenere il trattamento più efficace”.
Fonte: EurekAlert
