I topi CopyCat sfidano Mendel / The CopyCat mice challenge Mendel

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

Dopo essersi dimostrato efficace negli insetti, ora lo stratagemma del gene drive ha funzionato anche nei mammiferi, per la precisione in topi a cui è stato disattivato un gene responsabile della pigmentazione del pelo e che dunque sono diventati albini, e che hanno trasmesso questa caratteristica a ben oltre la metà della loro prole.

All’apparenza sono dei semplici animali di laboratorio, ma al buio il loro mantello si illumina. In quel bagliore rossastro c’è la prova che tanti attendevano: con l’aiuto di CRISPR, anche i topi possono derogare alle leggi di Mendel. Lo stratagemma dei drive genetici si era già dimostrato efficace negli insetti, ma non era scontato che funzionasse con i mammiferi. Tra le due classi di animali c’è una divergenza evolutiva profonda e le differenze nei meccanismi dell’ereditarietà sono notevoli.

I dati dell’Università della California a San Diego, già annunciati sulla piattaforma di pre-pubblicazione bioRxiv, oggi ricevono la benedizione di "Nature". La ricetta messa a punto da Kimberly Cooper e colleghi ha ancora bisogno di molteplici aggiustamenti, ma il debutto della tecnologia è ormai ufficiale.

Supponiamo di voler favorire la trasmissione di una certa mutazione, responsabile di una caratteristica desiderata, da una generazione all’altra. Le leggi della genetica classica prevedono che soltanto la metà dei figli potrà ereditarla. Per aumentare le chance è necessario truccare i dadi delle probabilità, sfruttando l’effetto traino di elementi genici capaci di auto-propagarsi. Ma come funzionano questi drive genetici, o gene drive?

I ricercatori hanno preso di mira un gene responsabile della pigmentazione del pelo (tirosinasi), perché i suoi effetti sono facili da riconoscere. Lo hanno disattivato causando un’interruzione al suo interno, e in questo modo hanno ottenuto dei topi albini. Il pacchetto usato come interruzione è detto CopyCat ed è costituito a sua volta da due elementi: un identikit dello stesso gene bersaglio (RNA guida) e un gene per la fluorescenza.

In un mondo pienamente mendeliano, se un topo così attrezzato si accoppia con un esemplare normale, si ottiene una prole scura. Infatti possedere un solo gene per l’albinismo non basta, per avere il colore bianco ne servono due. Ma la progenie può diventare candida e fluorescente se il progenitore nero viene equipaggiato con l’ingrediente base della tecnica CRISPR (Cas9).

In pratica un genitore mette l’identikit del bersaglio, mentre l’altro genitore fornisce l’enzima che lo deve colpire. Una volta trovato il gene desiderato, le forbici molecolari di CRISPR lo tagliano, permettendo l’inserzione del pacchetto CopyCat. È così che si innesca l’auto-propagazione, generazione dopo generazione. Possiamo chiamarla genetica attiva, o reazione molecolare a catena. Il risultato comunque è che innesca un’ereditarietà super-mendeliana, producendo cuccioli albini e fluo, pronti a mettere al mondo figli simili a loro.

Per ora lo stratagemma funziona soltanto se la Cas9 viene inserita nelle femmine, e a patto che il sistema CRISPR venga attivato al momento giusto. In teoria l’approccio dovrebbe raggiungere un’ereditarietà del 100 per cento, trasmettendo la caratteristica desiderata a tutti i nuovi nati, ma questo esperimento supera di poco il tetto del 70 per cento. Come scrivono gli autori dello studio, probabilmente, sia l’ottimismo che le preoccupazioni per le possibili applicazioni sono premature. Ma non è mai troppo presto per iniziare a pensare al futuro.

“È probabile che la tecnologia dei drive genetici continuerà a migliorare, e sembra certo che il dibattito su come procedere si intensificherà ulteriormente”, ci ha detto Bruce Conklin, che è stato chiamato da "Nature" a commentare le prospettive del filone di ricerca nascente. Quanto agli scenari futuribili, eccone alcuni. “Se si troverà il modo di rendere i drive efficienti nei mammiferi, potrebbero essere usati per contenere specie invasive o agenti patogeni”, sostiene Conklin.

L’impiego più discusso è quello delle estinzioni programmate: la genetica potrebbe essere usata al posto di trappole e veleni, ad esempio per eradicare i ratti che hanno invaso delicati ecosistemi insulari e minacciano la sopravvivenza delle specie native. Ma è possibile ipotizzare anche applicazioni meno controverse. Ad esempio si può immaginare di bloccare la trasmissione della peste, rendendo resistenti i roditori che ne costituiscono il serbatoio naturale.

L’utilizzo più realistico nel breve termine, però, è un altro. I drive genetici potrebbero accelerare lo sviluppo di modelli animali, utili per studiare le malattie complesse che colpiscono l’uomo. Basti pensare che, per combinare in un unico animale tre geni con entrambe le copie mutate, attraverso gli incroci, a partire da genitori con una sola copia mutata, servirebbero circa 150 tentativi. La speranza è che, con questi trucchi biotech, si possano ridurre i tempi, i costi e il numero di esemplari necessari per la ricerca biomedica.

ENGLISH

After being proven effective in insects, now the gene drive stratagem has also worked in mammals, for the precision in mice that have been deactivated a gene responsible for pigmentation of the hair and that have therefore become albinos, and that have transmitted this feature to well over half of their offspring.

Apparently they are simple laboratory animals, but in the dark their coat lights up. In that reddish glow there is evidence that so many were waiting: with the help of CRISPR, even mice can derogate from the laws of Mendel. The stratagem of genetic drives had already proved effective in insects, but it was not obvious that it worked with mammals. Between the two classes of animals there is a profound evolutionary divergence and the differences in the mechanisms of inheritance are considerable.

Data from the University of California at San Diego, already announced on the bioRxiv pre-publication platform, today receive the blessing of "Nature". The recipe developed by Kimberly Cooper and colleagues still needs multiple adjustments, but the debut of the technology is now official.

Suppose we want to encourage the transmission of a certain mutation, responsible for a desired characteristic, from one generation to the next. The laws of classical genetics provide that only half of the children can inherit it. To increase chances, it is necessary to make up the dice of the probabilities, exploiting the pulling effect of genetic elements capable of self-propagation. But how do these genetic drives work, or gene drive?

The researchers targeted a gene responsible for hair pigmentation (tyrosinase), because its effects are easy to recognize. They turned it off causing a break in it, and in this way they got albino mice. The package used as an interruption is called CopyCat and consists in turn of two elements: an identikit of the same target gene (guide RNA) and a gene for fluorescence.

In a fully Mendelian world, if such a well-equipped mouse mates with a normal specimen, a dark offspring is obtained. In fact, having only one gene for albinism is not enough, to get the white color you need two. But the progeny can become white and fluorescent if the black progenitor is equipped with the basic ingredient of the CRISPR (Cas9) technique.

In practice, a parent puts the identikit of the target, while the other parent provides the enzyme that must hit him. Once the desired gene is found, the molecular scissors of CRISPR cut it, allowing the insertion of the CopyCat package. This is how self-propagation occurs, generation after generation. We can call it active genetics, or chain molecular reaction. The result, however, is that it triggers super-Mendelian inheritance, producing albino and fluo puppies, ready to bring children like them to the world.

For now the trick works only if the Cas9 is inserted in the females, and provided that the CRISPR system is activated at the right time. In theory, the approach should reach 100 percent inheritance, transmitting the desired feature to all newborns, but this experiment slightly exceeds the 70 percent ceiling. As the authors of the study write, probably both optimism and concerns about possible applications are premature. But it's never too early to start thinking about the future.

"Genetic drive technology is likely to continue to improve, and it seems certain that the debate on how to proceed will intensify further," Bruce Conklin told us, who was called by "Nature" to comment on the prospects for the nascent research . As for the future scenarios, here are some. "If we find ways to make efficient drives in mammals, they could be used to contain invasive species or pathogens," says Conklin.

The most discussed use is that of planned extinctions: genetics could be used instead of traps and poisons, for example to eradicate rats that have invaded delicate island ecosystems and threaten the survival of native species. But it is also possible to hypothesize less controversial applications. For example, one can imagine blocking the transmission of the plague, making resistant the rodents that make up the natural reservoir.

The most realistic use in the short term, however, is another. Genetic drives could accelerate the development of animal models, useful for studying complex diseases affecting humans. Suffice it to say that, in order to combine three genes with both mutated copies in one animal, through crosses, starting from parents with only one mutated copy, it would take about 150 attempts. The hope is that, with these biotech tricks, we can reduce the time, costs and the number of specimens needed for biomedical research.

Da:

http://www.lescienze.it/news/2019/01/24/news/crispr_gene_drive-4268142/?ref=nl-Le-Scienze_25-01-2019