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CRISPR incontra l'intelligenza artificiale

08 novembre 2018                                                  

Un nuovo metodo per modificare il DNA in modo

prevedibile e correggere centinaia di mutazioni

legate a gravi malattie genetiche sfrutta la tecnica

CRISPR di editing genomico e algoritmi di

apprendimento automatico.

La precisione di questa strategia è però ancora

troppo bassa per considerarla come opzione

terapeuticadi Anna Meldolesi/CRISPeRMania

geneticacomputer science

Prendi un algoritmo in grado di imparare attraverso

l'apprendimento automatico (inDelphi).

Fagli macinare una montagna di dati sperimentali

sulla tecnologia più in voga nei laboratori di scienze

della vita (CRISPR). Scoprirai un nuovo modo per

modificare il DNA in modo prevedibile e correggere

centinaia di mutazioni legate a gravi malattie genetiche.

Lo ha fatto un gruppo di ricercatori di Harvard e del

Massachusetts Institute of Technology, guidato da

Richard Sherwood, e

i risultati di questo lavoro sono stati pubblicati su "Nature".

Per capire l'esperimento è utile ricordare come

funziona la tecnica CRISPR.

Nella versione standard si usa un enzima capace

di tagliare il DNA (la nucleasi Cas9), equipaggiato

con una molecola guida di RNA che funziona da

bussola, identificando le sequenze da recidere

con le forbici molecolari.

Dopo che il DNA è stato tagliato, gli scienziati hanno

sostanzialmente due opzioni di base.

Possono lasciar fare ai meccanismi naturali di

riparazione della cellula, senza guidare la scelta

delle lettere da inserire per saldare la lesione.

Oppure possono fornire uno stampo che

impartisce istruzioni dettagliate.

Nel primo caso il risultato più probabile è che

il gene, colpito e ricucito in modo casuale,

smetta di funzionare.

Nella ricerca di base, questo può essere utile

per capire che funzione aveva una certa

sequenza prima di essere messa ko.

In campo biomedico, inoltre, il knock-out può

servire per mettere a tacere un gene difettoso,

evitando che continui a danneggiare l'organismo.

E ora consideriamo il secondo caso, l'opzione

in cui CRISPR ricuce seguendo un copione

prestabilito grazie alla presenza di uno stampo.

Il risultato stavolta è una correzione mirata,

che aggiusta la versione difettosa del gene

facendolo funzionare a dovere.

Peccato che la precisione di questo approccio

abbia un prezzo in termini di efficienza,

soprattutto nelle cellule che non sono attivamente

in divisione.

La novità emersa grazie all'ultimo studio è che

il metodo efficiente ma grossolano, quello del

taglia-e-cuci senza stampo, a ben vedere non

è poi tanto grossolano.

Dunque, con qualche accortezza, potrebbe

essere utilizzato non solo per spegnere ma

anche per aggiustare i geni difettosi.

Sherwood e colleghi l'hanno scoperto indirizzando

CRISPR verso una varietà di siti bersaglio con

2000 molecole guida e usando l'algoritmo

inDelphi e l'approccio dell'apprendimento

automatico (machine learning) per prevedere

il risultato delle riparazioni nel genoma umano.

Ne è venuto fuori che il 5-11 per cento delle

molecole guida può indurre una correzione

singola e predicibile in oltre il 50 per cento

dei casi.

Anche senza fornire istruzioni dettagliate

a CRISPR, dunque, la modificazione genetica

può risultare mirata, anziché stocastica ed

eterogenea come si pensava.

Per scegliere le sequenze adatte a questo tipo

di correzione senza stampo

(in gergo template-free editing) ci si può affidare

ancora una volta a inDelphi.

I ricercatori hanno già messo alla prova l'idea,

correggendo efficientemente in vitro circa 200

mutazioni patogene legate a 3 malattie:

sindrome di Hermansky-Pudlak, malattia

di Menkes e ipercolesterolemia familiare.

"La precisione che si raggiunge è ancora

troppo bassa per considerarla come un'opzione

terapeutica", commenta Anna Cereseto, che ha

sviluppato una variante della Cas9 ad alta fedeltà

all'Università di Trento.

"Non credo che potrà sostituirsi alla ricombinazione

omologa con stampo, ma il nuovo approccio sarà

utile per la ricerca", conclude la biologa molecolare.

(L'originale di questo articolo è stato pubblicato 

nel blog CRISPerMANIA il 7 novembre 2018.

Riproduzione autorizzata, tutti i diritti riservati.)