Giocare a OpenCRISPR

Siamo quasi alla fine dell’anno. La stanchezza dei ragazzi (e non solo) sta portando l’attenzione al minimo sindacale (anche meno). In quinta, poi, è anche peggio. Mentre cerco di tenerli ancorati al lavoro che dobbiamo ancora fare prima di finire, li vedo sognare ad occhi aperti (a volte chiusi), con la mente lontana anni luce da ciò che stiamo facendo in classe.

L’anno scolastico è stato, come sempre, molto impegnativo per loro (e non solo per loro) e ormai la scuola rappresenta l’ultima catena da spezzare prima di poter volare via, finalmente liberi, verso il loro meraviglioso futuro. Nonostante ciò, mi sforzo di tenerli agganciati (senza risultati brillanti) cercando di aiutarli a superare la voglia di mollare tutto e fuggire visto che li aspetta una delle prove più difficili della loro giovane vita: l’esame di Stato.

Fortunatamente, le tecniche, gli strumenti e le applicazioni della biotecnologie sono di per sè affascinanti per cui, attraverso esempi, cerco di far cogliere la rilevanza di tutte queste “informazioni” da apprendere per la loro vita oltre la scuola mostrando, al contempo, anche scenari attuali per possibili professioni da intraprendere.

Sapete quanto io ami i progetti di citizen science. Li inserisco nella mia didattica ogni volta che posso e così ne ho scovato un altro adatto a loro, giovani donne e uomini che potrebbero scegliere di fare della scienza una ragione di vita: il gioco online Open CRISPR creato su Eterna, la piattaforma di gioco di citizen science di Stantford.

Inizialmente lo scopo della piattaforma di gioco era quello di aiutare gli scienziati a comprendere l’RNA, ma poi sono state sviluppati altri giochi tra cui Open TB per sviluppare un nuovo dispositivo diagnostico con RNA per rilevare la tubercolosi nei pazienti utilizzando una sorta di “firma genica” recentemente scoperta e ora Open CRISPR, per progettare una classe di RNA a guida singola (sgRNA) per contribuire a rendere l’editing genetico più intelligente e più sicuro.

CRISPR è un acronimo che sta per Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, ossia brevi ripetizioni palindrome interspaziate in modo regolare.

Nel 1993, il biologo spagnolo Francisco Mojica ha scoperto che batteri e archeobatteri hanno una forma di immunità adattativa contro le infezioni virali che si basa su brevi ripetizioni palindrome di sequenze di basi di DNA estraneo (ad esempio virale o plasmidico) disposte a intervalli regolari. Ogni ripetizione palindroma è seguita da brevi segmenti di DNA chiamato spaziatore (non codificante) che sono state “strappate” a virus che hanno infettato la cellula in precedenza e poi integrate nel DNA batterico. Vicino alle sequenza CRISPR c’è anche un piccolo gruppo di geni Cas (Cas sta per CRISPR-associated, ossia geni associati a CRISPR), che contengono le istruzioni necessarie per difendere la cellula dall’attacco virale.

spacer acquisition

 

Il ruolo del sistema CRISPR-Cas nell’immunità adattativa

Una volta che il batterio ha acquisito la sequenza di DNA spaziatore nel locus CRISPR, quando lo stesso tipo di virus lo infetta nuovamente il DNA spaziatore viene trascritto in RNA (RNA guida) e questo viene utilizzato dalla cellula per riconoscere il DNA virale della nuova invasione grazie alla complementarietà delle basi.

CRISPR

Non appena le molecole di RNA guida si sono legate al DNA virale, l’enzima Cas9, un’endonucleasi che idrolizza i legami fosfodiesterici tra i nucleotidi del DNA codificato dai geni che si trovano fisicamente vicini alle sequenze CRISPR, si attiva e inattiva il DNA estraneo frammentandolo.

CRISPR-Cas9 ed editing genetico

Dopo anni di ricerche e studi per comprendere il funzionamento del sistema CRISPR-Cas9, nel 2012 Science ha pubblicato lo studio di due scienziate, la francese Emmanuelle Charpentier e l’americana Jennifer Doudna, in cui si dimostra sperimentalmente che è possibile ricreare il sistema CRISPR-Cas9 in vitro, alterare la sequenza dell’RNA guida e indirizzare l’enzima Cas9 verso un preciso punto di qualsiasi DNA (non solo quello batterico) per inserire un nuovo gene o rimuovere un tratto danneggiato o inattivo, aumentando così la possibilità di usare il sistema per correggere alcune mutazioni genetiche che causano malattie.

Jennifer A. Doudna und Emmanuelle Charpentier

mrs_41_11_832-842-November16.indd

Tante le possibili applicazioni di CRISPR.  Scienziati americani hanno già utilizzato una forma di CRISPR per modificare le zanzare in modo che non possano trasmettere la malaria, altri stanno modificando il riso per resistere meglio alle inondazioni e alla siccità; in Cina hanno ottimizzato un gene nei beagles per renderli più muscolosi…

Nonostante l’iniziale entusiasmo della comunità scientifica, l’uso di CRISPR per curare malattie genetiche dovute a singole mutazioni presenta ancora molte difficoltà  perchè sembra che proteine estranee, come Cas9, possano anche provocare risposte immunitarie durature. La strada è ancora lunga ma piena di promesse.

OpenCRISPR

OpenCRISPR  è un “gioco” progettato per aiutare gli scienziati a rendere l’editing genetico più intelligente e sicuro. Nell’ homepage si legge che la tecnologia CRISPR è un metodo basato su RNA che può indirizzare essenzialmente qualsiasi gene del DNA in un organismo vivente per cambiamenti genetici. Dalla sua prima dimostrazione oltre cinque anni fa, CRISPR ha rivoluzionato la biologia e promette di cambiare il modo in cui si affronta la cura di numerose malattie umane, dalla malaria al cancro.

OpenCRISPR

Il Centro Personal Dynamic Regulomes di Stanford e  l’Innovative Genomics Institute di Berkeley sfidano i giocatori di Eterna a risolvere un ostacolo che rimane ancora da superare per rendere questa tecnologia sicura per l’uso: i ricercatori non sono ancora in grado di controllare il funzionamento di CRISPR perchè non sono ancora in grado di accenderlo e spegnerlo a piacimento.

Lo scopo del gioco, quindi, è quello di riuscire a progettare molecole di RNA guida che funzionino da interruttori del sistema CRISPR. Queste molecole virtuali devono, dunque, soddisfare alcuni requisiti per essere corrette nella forma e potenzialmente efficaci nella realtà.

L’RNA, infatti,  deve essere specifico per una determinata sequenza di DNA, deve essere riconosciuto da CRISPR, deve dirigere il sistema CRISPR-Cas9 al gene target e  deve avere una specie di “tasca” di riconoscimento per piccole molecole che danno il segnale di attivazione del processo.

Il gioco prevede diversi livelli di difficoltà attraverso cui i giocatori possono accumulare punti, acquisire competenze e passare al livello successivo. I più bravi potrebbero vedere realizzate in laboratorio le proprie progettazioni e ricevere un feedback sulla loro effettiva validità in vitro, con la possibilità di interagire con i ricercatori per migliorare il progetto di molecola.

Al momento (30 aprile 2018) il gioco è in fase di “attesa” dei risultati del primo Round. Aspettando la riapertura del Round successivo, i ragazzi possono prendere confidenza con la piattaforma e gli strumenti di progettazione sfruttando i tutorial presenti su NOVA LAB. Non ci resta che cominciare a giocare!

Per saperne di più:

 

Rispondi

Inserisci i tuoi dati qui sotto o clicca su un'icona per effettuare l'accesso:

Logo WordPress.com

Stai commentando usando il tuo account WordPress.com. Chiudi sessione /  Modifica )

Google+ photo

Stai commentando usando il tuo account Google+. Chiudi sessione /  Modifica )

Foto Twitter

Stai commentando usando il tuo account Twitter. Chiudi sessione /  Modifica )

Foto di Facebook

Stai commentando usando il tuo account Facebook. Chiudi sessione /  Modifica )

Connessione a %s...