L’editing del genoma, una tecnica che ha la potenzialità di cambiare la ricerca biomedica e le terapie per le malattie genetiche, viene ora trasformata in un test diagnostico rapido e a basso costo, che potrebbe aiutare a rallentare la pandemia di covid-19.
di Antonio Regalado
Nel 2016 Omar Abudayyeh, Jonathan Gootenberg e altri colleghi del MIT hanno trasformato CRISPR in uno strumento per individuare mutazioni tumorali, batteri e virus trasmessi dalle zanzare come Zika. Immediatamente venne fondata un’azienda, Sherlock Biosciences, con 49 milioni di dollari in finanziamenti e articoli di giornali sulle “nuove capacità” di CRISPR.
Poi è arrivato il covid-19. In quel momento, i test genetici con PCR per individuare l’agente patogeno scarseggiavano negli Stati Uniti. All’inizio di maggio, a tre mesi dallo scoppio, solo circa il 2 per cento degli americani era stato testato per covid-19. Per questa ragione, da gennaio, Abudayyeh e i suoi colleghi hanno cercato di trasformare CRISPR in un test domiciliare per il virus. A loro parere, la chimica di base è abbastanza semplice per creare un test di facile utilizzo che si potrebbe fare prima di andare al lavoro o di prendere un volo.
Il test funziona in questo modo
La rivoluzione CRISPR è iniziata con le scoperte, nei primi anni Duemila, che i batteri si erano evoluti e avevano trovato un modo per eliminare i virus parassiti. CRISPR, acronimo di Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, può individuare sequenze uniche di lettere di DNA e dividerle con un enzima tagliente, Cas9. Si è scoperto che lo strumento era facile da usare e funzionava in molte specie. Le startup biotecnologiche hanno iniziato a farsi concorrenza per trovare una terapia per le malattie genetiche nell’uomo. In Cina sono nati due gemelli con Dna modificato mediante tecnica di editing crispr.
Nel periodo di “successo” del Cas9, Abudayyeh si è mosso lungo una strada di ricerca meno battuta: il tentativo di scoprire e caratterizzare i nuovi enzimi CRISPR. La lista è cresciuta rapidamente: Cpf1, noto anche come Cas12a, e poi Cas12b. Ma il più interessante era Cas13, parte di un batterio orale umano chiamato Leptotrichia shahii. Invece di tagliare il DNA, l’enzima attacca l’RNA, la molecola di messaggero genetico all’interno delle cellule, che è anche il materiale genetico primario di molti virus, incluso il coronavirus.
La coppia Abudayyeh-Gootenberg ha lavorato nel laboratorio del pioniere del CRISPR Feng Zhang, al Broad Institute. Insieme hanno scritto 28 articoli e nel 2017 hanno aperto l’AbuGoot Lab, un laboratorio congiunto del MIT McGovern Institute.
“Scherziamo spesso sulla durata negli anni della nostra ‘relazione’ scientifica”, dice Abudayyeh, che ritiene di essere il più pratico dei due, mentre Gootenberg cura di più l’aspetto matematico. L’enzima Cas13 ha mostrato di avere un bizzarro “effetto collaterale”. Non si limita a tagliare i filamenti specifici dell’RNA, ma distrugge qualsiasi RNA che incontra nel suo percorso. “All’inizio il meccanismo appariva molto confuso”, afferma Abudayyeh. “Ci trovavamo di fronte a una specie di suicidio cellulare”, un dispositivo autodistruttivo naturale nei batteri attaccati da un virus.
Il taglio indiscriminato, tuttavia, significava che Cas13 non era un grande editor da solo. “Siamo rimasti delusi, ma subito dopo ci siamo chiesti se poteva servire, per esempio, a bloccare la replicazione delle cellule cancerose”, afferma Abudayyeh.
L’idea che il “danno collaterale” potesse trasformare CRISPR in un sistema diagnostico di laboratorio è stata inizialmente diffusa dal gruppo concorrente di Jennifer Doudna dell’Università della California, a Berkeley. Il team di questo laboratorio ha avanzato l’idea che il taglio indiscriminato potesse servire da meccanismo di rilevazione. Per verificarlo, hanno messo in una provetta l’enzima a contatto con un pezzo di RNA appartenente a un virus e hanno osservato grazie a un segnale fluorescente visibile se veniva reciso l’RNA.
Ottima idea, ma il solo Cas13 non era abbastanza sensibile per permettere un test. Quindi Abudayyeh e Gootenberg si sono avvalsi della collaborazione del professore del MIT Jim Collins, che ha mostrato loro come introdurre una fase di preamplificazione o un modo per copiare e moltiplicare l’RNA prima di effettuare un test. Nel 2017, il gruppo aveva definito Sherlock, un sistema diagnostico CRISPR completo in grado di individuare mutazioni uniche che causano il cancro o segnalare la presenza di batteri o persino il virus Zika.
Sherlock si è trovato ben presto a fronteggiare la concorrenza di Mammoth Biosciences, la società di diagnostica CRISPR del team di Berkeley. Il risultato è stato un groviglio di brevetti diagnostici concorrenti. Comunque Abudayyeh sostiene di preferire che ci siano più gruppi in concorrenza tra loro. Ha ragione. Arrivare sul mercato è la parte difficile in quanto i test diagnostici sono attività che necessitano di grandi macchine e laboratori centralizzati. Possono essere necessari cento milioni di dollari per sviluppare un test che viene venduto a 45 dollari.
Poi la pandemia è esplosa fuori dai confini della Cina e ha cambiato radicalmente la situazione. Quando la carenza di test negli Stati Uniti è diventata chiara, la Food and Drug Administration ha iniziato a rilasciare approvazioni di emergenza ai produttori di test, consentendoli immediatamente di arrivare sul mercato. A maggio, Sherlock Biosciences ha ottenuto l’autorizzazione degli Stati Uniti per eseguire una versione del test CRISPR da eseguire in un laboratorio, sebbene fino a quel momento nessuno lo avesse ancora usato su un paziente.
Un test da fare a casa
Tuttavia, la tecnologia non era ancora abbastanza facile da utilizzare e quindi, sempre nel campus del MIT, Abudayyeh, Gootenberg e Zhang hanno deciso di semplificarla. Loro erano dell’idea che se avessero potuto eliminare alcune delle fasi di miscelazione dei fluidi, il test avrebbe potuto essere utilizzato nei luoghi di lavoro, nelle farmacie o persino a casa.
Non ha avuto bisogno di fasi successive di riscaldamento e raffreddamento, come accade con la PCR. La lettura era immediata: solo barre colorate su una striscia di carta, come un test di gravidanza. “Si tratta realmente di un test che può essere fatto a casa”, afferma Abudayyeh. “Quindi come possiamo fare in modo che ci siano meno passaggi possibili?”.
A oggi, esistono i cosiddetti test diagnostici point-of-care, ma devono essere eseguiti su macchine che costano migliaia di dollari. Un dispositivo, ID NOW, che viene venduto da Abbott, restituisce i risultati del coronavirus in 15 minuti e viene utilizzato dalla Casa Bianca per controllare i visitatori che incontrano il presidente Donald Trump. Ma la macchina che elabora il test costa migliaiadi dollari per l’acquisto. Abudayyeh afferma che i test a casa CRISPR potrebbero raggiungere al massimo i 6 dollari ciascuno e utilizzare solo attrezzature semplici.
A maggio, i ricercatori hanno creato una versione semplificata e lanciato un sito Web per condividere il nuovo prodotto. Stanno lavorando con una società di progettazione per creare un prototipo di una cartuccia di plastica per contenere e mescolare gli ingredienti del test. In ogni caso, Abudayyeh non si è messo alla prova, dichiarando che “È vero che si tratta solo di sputare in un contenitore, ma la cosa mi crea imbarazzo”.
Abbastanza presto, però, le persone in tutto il mondo potrebbero avere un sistema simile a disposizione. Il lavoro non è ancora definitivo, afferma Abudayyeh. “Il nostro obiettivo in questo momento è di averlo pronto per l’autunno, in previsione della seconda ondata”.
Immagine: Omar Abbudayyeh
(rp)
