Ogni cellula del nostro organismo partecipa costantemente ad interazioni biologiche con l’ambiente e altri elementi, caratterizzandosi così come una buona osservatrice, e testimone, degli eventi che accadono. Un gruppo di ricercatori del MIT si è chiesto se fosse possibile ‘interrogare’ le cellule del nostro corpo, in modo da utilizzare le informazioni in esse incamerate per recuperare “ricordi” di eventi passati, come ad esempio un’infiammazione, per favorire il lavoro di ricostruzione e analisi di un fenomeno biologico.
Da qui è partita la sfida del team di Boston, che è riuscito per la prima volta a riprogrammare cellule animali in modo che possano registrare e immagazzinare queste informazioni, lasciando sul DNA un’impronta degli eventi biologici di cui sono stati testimoni interessati.
Il team capeggiato da Timothy Lu, leader del Synthetic Biology Group del MIT’s Research Laboratory of Electronics e tra gli autori della ricerca insieme a Samuel Perli e Cheryl Cui, ha ottenuto risultati interessanti – pubblicati sulla nota rivista Science – che hanno dimostrato come il DNA possa essere opportunamente manipolato per mettere a punto vere e proprie memorie analogiche. Questo nuovo approccio è basato sul sistema CRISPR che consente di custodire nella cellula, dati e informazioni sull’intensità e la durata di un evento biologico.
Come funziona la tecnica CRISPR/Cas9?
La CRISPR/Cas9 è un’innovativa tecnica di editing genetico che consiste in un enzima detto Cas9 e in un filamento di RNA-guida che trasporta il Cas9 in una specifica area del genoma, permettendo all’enzima di intercettare e tagliare il DNA in modo da modificarlo o “aggiustarlo”, inserendo la sequenza di DNA corretta.
Il team di biologi-ingegneri del MIT ha ripensato la CRISPR decidendo di adattarla per la conservazione della memoria, come spiega Perli “Abbiamo voluto adattare il sistema CRISPR per memorizzare le informazioni nel genoma umano riprogettando le cellule in modo che siano in grado ricordare eventi passati.”
Per riuscire nella sfida, i ricercatori del MIT hanno messo a punto un dispositivo chiamato l’mSCRIBE (Mammalian Syntethic Cellular Recorder Integrating Biological Events), e costituito da un nuovo tipo di RNA-guida, detto di self-targeting, in quanto riconosce lo stesso DNA che lo guida. Guidato dal self-targeting guide RNA, il Cas9 taglia il DNA che codifica e genera così una mutazione permanente nella sequenza, che può a sua volta generare nuovi filamenti di RNA guida i quali, a loro volta, indirizzano il Cas9 in nuove mutazioni. Tale processo va avanti finché il vettore Cas9 e l’RNA-guida sono attivi e accumulano mutazioni.
Ed è proprio da questo accumulo di mutazioni che è possibile mappare e leggere il livello di esposizione e la durata di uno stimolo esterno.
La registrazione delle memorie di un’infiammazione è stata testata su una popolazione di topi dimostrando che il sistema è effettivamente in grado di registrare l’infiammazione.
Il sistema, per quanto innovativo, presenta ancora dei difetti come la possibilità, nella fase di taglio del DNA, che si registrino mutazioni non funzionali o superflue.
Nonostante le lacune di cui tale ricerca risente, il gruppo interdisciplinare di Lu ha, però, dimostrato che attraverso questa tecnica le cellule possono essere programmate per registrare anche più eventi. Un dato, questo, importantissimo in quanto permetterebbe agli scienziati di utilizzare questo sistema per monitorare l’infiammazione o infezione, o per controllare la progressione di malattie come il cancro. Tale tecnica, inoltre, potrebbe essere applicata anche nel settore della biologia sintetica per conoscere meglio diverse dinamiche cellulari, o magari anche seguire l’evoluzione della differenziazione cellulare e della crescita tessutale che avviene durante lo sviluppo degli animali da embrioni agli adulti, facilitando la messa a punto di nuove generazioni di biomateriali.
Qualcosa ci dice (o ci fa ben sperare) che sentiremo presto parlare di miglioramenti ed avanzamenti di questa ricerca.
fonte: https://news.mit.edu
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