Genetic Editing: in cosa consiste? Che contributo può dare al settore dei suini?

Cos’è l’Editing Genetico?

L’editing genetico consente di apportare modifiche precise al genoma degli organismi. Ciò significa apportare modifiche aggiungendo, modificando o eliminando con precisione coppie di basi azotate dalla sequenza del DNA. Tra tutte le tecniche disponibili, la tecnologia CRISPR-Cas9 ha guadagnato grande popolarità grazie alla sua elevata efficienza, precisione e relativa semplicità d’uso.

Come funziona CRISPR-Cas9?

• Viene utilizzato un RNA guida, ovvero una piccola sequenza di 20 paia di basi che corrisponde alla parte del DNA che si desidera modificare.
• Questa guida conduce l'enzima Cas9 esattamente nel punto in cui deve essere effettuato il taglio nei due filamenti di DNA (Figura 1).
• Dopo il taglio, l'organismo tenta di riparare il DNA attraverso un processo chiamato unione delle estremità non omologhe (NHEJ). Durante questa riparazione, alcune coppie di basi potrebbero essere aggiunte o perse nel punto del taglio.
• Questi cambiamenti nel DNA possono alterare il frame di lettura del gene, causando cambiamenti nella sequenza aminoacidica della proteina prodotta dal gene. Di conseguenza, la proteina potrebbe diventare difettosa o smettere di funzionare del tutto (Figura 2).

Ricordiamo che le proteine ​​sono costituite da lunghe catene di aminoacidi, che sono le unità base delle proteine. Esistono 20 diversi tipi di amminoacidi e ciascuno di essi è codificato da una sequenza specifica di tre basi azotate nel DNA, note come triplette o codoni. Queste basi possono essere adenina, citosina, timina e guanina. Quando il frame di lettura del DNA (cioè il modo in cui le basi sono raggruppate in triplette) viene alterato, cambia anche la sequenza dei codoni. Ciò può portare all'incorporazione di aminoacidi errati durante la sintesi proteica o addirittura alla comparsa di un codone di stop che interrompe la formazione delle proteine. (Figura 2).

Animali knock-out: quando i cambiamenti nel DNA disabilitano una proteina

Un animale è considerato knock-out (KO) per un gene specifico quando i cambiamenti genetici disattivano la funzione di una proteina. Questi cambiamenti sono simili alle mutazioni che potrebbero verificarsi naturalmente attraverso processi spontanei, ma in questo caso vengono eseguiti in modo controllato e diretto. Pertanto non è possibile distinguere se una mutazione in un animale sia avvenuta naturalmente o sia stata indotta in laboratorio.

Un esempio di animale KO sono gli animali resistenti al virus PRRS. Affinché il vPPRS possa infettare il suino, è necessario che si leghi ad un recettore specifico presente sui macrofagi alveolari dei polmoni del suino. Questo recettore è codificato dal dominio SRCR5 del gene CD163 (Figura 3). Se questo recettore viene modificato o eliminato attraverso l'editing genetico, il virus non può più aderire alle cellule, prevenendo l'infezione e rendendo il suino completamente resistente al PRRSv. Questa resistenza genetica può essere ereditata dalla prole, garantendo che le generazioni future saranno resistenti alla PRRS.

Animali Knock-in: Introduzione di nuovi filamenti di DNA e nuovi geni

Un’alternativa nell’editing genetico consiste nello sfruttare il momento in cui il DNA viene tagliato da Cas9 per introdurre un nuovo filamento di DNA. In tal modo, la cellula può incorporare questo nuovo materiale genetico attraverso un processo chiamato ricombinazione diretta omologa (HDR. Figura 1). Ciò rende possibile sostituire una sequenza di DNA difettosa con una funzionale e correggere il gene in modo che diventi di nuovo operativo o alterare il frame di lettura per generare un animale KO, in cui un gene è stato disattivato. Inoltre, questa tecnica consente l'inserimento di un nuovo gene aggiuntivo che prima non aveva nel genoma dell'organismo, ciò che è noto come knock-in (KI) o transgenico.

Un esempio di suini transgenici sarebbero quelli in cui è stato inserito il gene UPC1, che non è naturalmente presente in questa specie. Questo gene permette loro di regolare meglio la temperatura corporea, il che li rende più adatti a resistere alle basse temperature. Di conseguenza, i suini accumulano meno grasso sottocutaneo per mantenere la temperatura corporea, il che aumenta la percentuale di tessuto magro-muscolo (Figura 3).

Editor di base: uno strumento preciso nell'editing genetico

Un’alternativa più recente nell’editing genetico è l’uso di editor di basi, che sono enzimi specializzati che, invece di tagliare il DNA, scambiano precisamente una coppia di basi in una posizione specifica nel genoma. Questo processo consente di apportare modifiche specifiche al DNA senza generare rotture.

Questo tipo di sostituzione può avere diversi effetti. In alcuni casi, il cambiamento introduce un codone di arresto, che interrompe prematuramente la produzione della proteina, lasciandola incompleta e possibilmente non funzionale. In altri casi, il cambiamento altera un amminoacido nella proteina (nota come mutazione missenso), che può modificarne la struttura e influenzarne la funzione. In entrambi i casi queste alterazioni possono compromettere la funzionalità della proteina.

I suini geneticamente modificati sono tutti uguali? Regolamento Normativo vs. Sviluppo Tecnico

È importante comprendere tecnicamente i diversi tipi di editing genetico, poiché le normative che si applicano, o dovrebbero applicarsi, variano in ciascun caso. Attualmente, la maggior parte delle legislazioni mondiali limita rigorosamente l'uso di animali transgenici e la commercializzazione dei loro prodotti. Tuttavia si stanno facendo progressi nella distinzione tra animali geneticamente modificati e animali transgenici, il che potrebbe portare a regolamentazioni differenziate. Tecnicamente, questi due tipi di modificazioni genetiche sono totalmente diversi.

Nell’Unione Europea, le normative riguardanti i prodotti vegetali geneticamente modificati, chiamate nuove tecniche genomiche (NGT), sono già in fase di revisione. Ciò potrebbe consentire a queste piante di essere esentate dalle leggi che regolano le colture transgeniche chiamate organismi geneticamente modificati (OGM). Tuttavia, ad oggi, gli animali geneticamente modificati restano soggetti alla legislazione sugli OGM, il che ne limita lo sviluppo e la futura commercializzazione.

Progetto finanziato dalla Fundación Séneca 22065/PI/22.