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La nuova frontiera del gene editing: il sistema RLR

Scoperto presso il Wyss Institute of Engineering di Harvard, il Retron Library Recombeneering (RLR), permetterà agli scienziati di eseguire per la prima volta milioni di esperimenti genetici simultaneamente.

Categorie Innovazione

Il gene editing, che ha come scopo risolvere malattie attualmente incurabili correggendo i geni mutati, fa spazio ad una nuova tecnica, il Retron Library Recombeneering (RLR). Con questo sistema vengono superati i limiti delle tecniche già esistenti, garantendo minore tossicità per le cellule, minore margine di errore e maggiore efficienza. Al momento questo approccio sembrerebbe migliore del sistema CRISPR/Cas9, ma sono ancora molti i test da ultimare.

Come funziona il sistema di gene editing RLR?

Come per CRISPR/Cas9 e TALEN, i batteri ancora una volta hanno fornito agli scienziati gli strumenti necessari per sviluppare nuove tecnologie con possibile applicazione biomedica. Il Retron Library Recombeneering utilizza i retroni, elementi genetici coinvolti nel sistema immunitario batterico, per produrre DNA a singolo filamento. Ciò rappresenta una vera e propria rivoluzione: con questa tecnica gli scienziati hanno potuto introdurre milioni di mutazioni in cellule batteriche senza danneggiare il DNA.

Questo metodo può essere usato su più cellule, creando un pool di mutazioni che può essere sottoposto a screening contemporaneamente. Ovviamente questo porta al dover avere a che fare con una mole di dati enorme da analizzare rapidamente e non si esclude che in futuro il Retron Library Recombeneering sarà supportato dall’intelligenza artificiale.

Lo studio svolto nel Wyss Institute

gene editing RLR
Rappresentazione del funzionamento del sistema RLR. Credits: Max G. Schubert/Wyss Institute

Le ricerche condotte in laboratorio sono imprevedibili e gli scienziati del Wyss Institute lo hanno sperimentato sulla propria pelle: inizialmente il sistema RLR aveva un’efficacia dello 0,1% nelle cellule di Escherichia coli.

Il team di ricerca aveva creato piccoli filamenti circolari di DNA batterico (o plasmidi) contenenti geni di resistenza agli antibiotici inseriti all’interno di sequenze di retroni e un gene SASP (single-stranded annealing protein), che garantisce l’integrazione dei retroni nelle cellule batteriche. Dati i deludenti risultati, gli scienziati hanno apportato alcune modifiche: è stato disattivato il meccanismo di riparazione del DNA, che riparava le mutazioni introdotte dai ricercatori prima che potessero essere trasmesse alla generazione successiva e quindi visualizzate.

Inoltre sono stati inattivati anche due geni batterici che codificano per esonucleasi, enzimi che tagliano il DNA. Queste modifiche hanno alzato l’efficacia dell’integrazione dei retroni nelle cellule di Escherichia coli al 90%.

I risultati promettenti per il sistema gene editing RLR

Risultato degli esperimenti effettuati con il sistema RLR. Credits: Max G. Schubert/Wyss institute

Dopo essersi assicurati che il retrone fosse integrato nel genoma di Escherichia coli, gli scienziati hanno pensato di utilizzarlo come strumento per il sequenziamento genico della mutazione. In effetti i retroni possono funzionare come “etichetta”, quindi la mutazione può essere individuata e sequenziata senza dover sequenziare il genoma batterico in toto. Il team di ricercatori ha dimostrato anche la sensibilità e la precisione del sistema RLR: infatti è in grado di rilevare piccole differenze di resistenza agli antibiotici che derivano da mutazioni molto simili in Escherichia Coli.

Infine i ricercatori hanno utilizzato DNA frammentato in modo casuale di un ceppo di E. coli resistente ad un antibiotico per costruire una libreria di milioni di sequenze genetiche contenute all’interno di sequenze di retroni nei plasmidi, molto più grande rispetto a quella che è possibile utilizzare attualmente con CRISPR/Cas9. Questo esperimento ha fatto comprendere ai ricercatori che, con questa nuova tecnica, era possibile condurre milioni di test genetici parallelamente. La libreria successivamente è stata introdotta nel ceppo di E. coli ed i ricercatori hanno osservato che i retroni che conferiscono resistenza agli antibiotici potevano essere facilmente identificati, fornendo l’ulteriore evidenza a supporto di questa nuova scoperta scientifica.

Un sistema con molte potenzialità

Il Retron Library Recombeneering si pone come uno strumento scientifico avanzato che permette di sequenziare mutazioni genetiche in modo più veloce, efficace ed economico rispetto ai classici metodi. Le potenzialità di questa tecnica sono numerose: come suggerito da alcuni ricercatori, questa tecnica in futuro potrebbe essere applicata alle cellule umane con lo scopo di risolvere diverse patologie con base genetica. Le sfide sono molteplici, così come i punti da chiarire, ma i ricercatori del Wyss Institute sono già al lavoro per ottimizzare il Retron Library Recombeneering per il suo utilizzo nelle cellule umane.

A cura di Alice Diroma