Una tecnica dal nome impronunciabile permette di costruire DNA su misura

Negli anni ’80 nessuno avrebbe immaginato che strane sequenze ripetute, individuate per la prima volta nel genoma di un innocuo batterio, avrebbero rivoluzionato la biologia e la medicina. Eppure, da lì nasce la storia di CRISPR, l’acronimo di Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, che oggi indica la tecnica di editing genetico più potente e versatile mai creata.

Una scoperta casuale, come spesso accade in scienza

Nel 1987 il giapponese Yoshizumi Ishino, studiando un gene dell’Escherichia coli, nota nel DNA di quel batterio alcune sequenze strane: brevi ripetizioni intervallate da spaziatori variabili. In quest’epoca nessuno capisce a cosa servano. Rimarranno un enigma ancora per diversi anni.

Solo negli anni ’90, con lo spagnolo Francisco Mojica dell’Università di Alicante, il puzzle inizia a comporsi: quelle sequenze sono presenti in moltissimi batteri e archei. Nel 2002 il biologo olandese Ruud Jansen battezza ufficialmente il fenomeno con il nome che oggi conosciamo: CRISPR. 

Mojica intuisce che si tratta di un sistema di difesa naturale escogitato (o meglio, sviluppato per selezione naturale) dai microbi contro i loro nemici di sempre: i virus.

Infatti, quando un batterio viene attaccato da virus, se soccombe, viene costretto a orientare tutte le proprie risorse non verso la propria sopravvivenza e per moltiplicarsi ma, al contrario, per creare nuove copie degli stessi virus che lo hanno attaccato. Ma se, in qualche modo, il suo rudimentale sistema immunitario riesce a sconfiggere i virus invasori, il batterio non si limita a festeggiare, ma recupera sul campo di battaglia piccoli frammenti dei virus in fuga e li archivia nella sua stessa memoria immunitaria. Se, in futuro, dei virus appartenenti allo stesso ceppo o a un ceppo simile tentano nuovamente di attaccarlo, il batterio, confrontando le prime avanguardie del nuovo virus con i frammenti che ha raccolto nella propria collezione di trofei di guerra, riesce a identificare subito la minaccia e tira fuori non una sciabola ma un paio di minuscole forbici molecolari che gli permettono di fare letteralmente a pezzi i virus invasori.

In pratica, i batteri si sono evoluti per costruire un archivio genetico in cui vengono memorizzati frammenti di DNA virale per riconoscerli e prenderli a forbiciate in caso di nuove infezioni. Una sorta di “vaccino molecolare” pronto all’uso.

Dalla natura al laboratorio: due scienziate in prima linea

La svolta decisiva arriva nel 2012, quando due ricercatrici — Emmanuelle Charpentier, microbiologa francese, e Jennifer Doudna, biochimica americana — riescono a trasformare CRISPR in uno strumento universale di ingegneria genetica. Osservano come il sistema naturale dei batteri utilizza una proteina chiamata Cas9 per tagliare il DNA. E comprendono che basta guidare Cas9 con un piccolo RNA “programmato” in laboratorio per indirizzare il taglio non per prendere a sciabolate i virus, ma esattamente dove si vuole su un filamento di DNA.

In altre parole: CRISPR-Cas9 viene utilizzato come una coppia di forbici molecolari in grado di tagliare il DNA di qualunque organismo con una precisione mai vista prima.

La loro pubblicazione su Science (giugno 2012) viene immediatamente riconosciuta come rivoluzionaria. E già nel 2020 Charpentier e Doudna ricevono il Premio Nobel per la Chimica, il più veloce mai assegnato nella storia recente della scienza, a conferma dell’impatto epocale della scoperta.

Come funziona CRISPR-Cas9

Il principio è semplice, ma geniale. Si progetta in laboratorio una breve sequenza di RNA, detta gRNA (guide RNA), complementare al tratto di DNA che si vuole modificare. Questo RNA guida porta la proteina Cas9 esattamente nel punto giusto del genoma. Cas9, come un bisturi, taglia entrambe le eliche del DNA. A quel punto la cellula tenta di riparare la rottura: i ricercatori possono sfruttare questo meccanismo inserendo, eliminando o correggendo geni.

Rispetto ai metodi precedenti, CRISPR presenta tre notevoli vantaggi. E’ più semplice (basta cambiare l’RNA guida per colpire un nuovo gene) ma è anche più economico (alcune centinaia di dollari per un esperimento, contro le decine di migliaia delle tecniche più vecchie). Infine, l’esperienza dimostra ben presto che risulta anche molto più preciso delle tecniche classiche (anche se esistono ancora rischi di tagli indesiderati).

Le prime applicazioni in laboratorio

In pochissimi anni CRISPR diventa uno strumento di uso comune in migliaia di laboratori di biotecnologia. Permette di creare modelli animali per studiare malattie come Alzheimer o Parkinson, di ingegnerizzare piante resistenti a siccità o parassiti, di sviluppare batteri capaci di produrre farmaci o biocarburanti.

Ma la vera sfida — e la parte più delicata — riguarda la medicina umana.

Le applicazioni cliniche: dalla teoria alla pratica

Nel 2016 in Cina parte la prima sperimentazione clinica sull’uomo con CRISPR, in pazienti con tumore ai polmoni. Da allora, gli studi clinici si sono moltiplicati: sono stati registrati oltre 100 trial clinici all’anno basati su CRISPR in tutto il mondo.

Il caso più emblematico è quello della beta-talassemia e dell’anemia falciforme, due gravi malattie genetiche del sangue. Nel 2019 i primi pazienti trattati con CRISPR-Cas9 mostrano risultati sorprendenti: remissione completa dei sintomi, trasfusioni non più necessarie. Nel dicembre 2023 la Food and Drug Administration (FDA) statunitense approva ufficialmente il primo farmaco CRISPR al mondo, chiamato Casgevy (exa-cel), sviluppato da Vertex Pharmaceuticals e CRISPR Therapeutics.

Un traguardo storico: dall’ipotesi alla terapia in poco più di dieci anni.

Anche in oncologia si sperimentano approcci innovativi: si prendono i linfociti T – le cellule del sistema immunitario sempre pronte a difendere l’organismo attaccando qualsiasi invasore si presenti – li si modificano potenziandoli con CRISPR per metterli in grado di riconoscere e distruggere specificatamente cellule tumorali, oppure per renderli resistenti a inibitori del sistema immunitario. Altre ricerche mirano a disattivare il virus HIV integrato nel genoma delle cellule, con la speranza di una futura cura definitiva.

Ogni rivoluzione scientifica porta con sé storie sorprendenti. Una delle più note riguarda due gemelle cinesi, Lulu e Nana, nate nel 2018 con il genoma modificato da CRISPR per renderle resistenti all’HIV. L’annuncio dello scienziato He Jiankui scuote il mondo: è la prima volta che CRISPR viene usato non su esseri umani ma su embrioni destinati a nascere. La comunità scientifica condanna l’esperimento come prematuro ed eticamente irresponsabile; He viene addirittura arrestato e condannato a tre anni di carcere. Questo episodio, come immaginabile, suscita un dibattito globale sui limiti dell’editing genetico umano che non solo non si è ancora sopito, ma che, di anno in anno, diventa sempre più incandescente.

Non mancano nemmeno i record: nel 2017 ricercatori americani riescono a modificare contemporaneamente 62 geni in un maiale, con l’obiettivo di renderlo compatibile per trapianti di organi nell’uomo. Una specie di maiale di scorta destinato solo a conservare organi pronti per l’uso umano. Una sorta di “editing di massa” impensabile con le tecniche precedenti.

Curioso è anche l’uso di CRISPR al di fuori dalla medicina. Nel 2016 viene impiegato per produrre funghi champignon resistenti all’imbrunimento, già approvati per il consumo negli Stati Uniti senza passare per le rigide regole che devono rispettare gli OGM tradizionali. Più di recente, startup agricole stanno tentando di creare piante in grado di resistere meglio alla siccità e ai cambiamenti climatici.

Le prospettive: promesse e dilemmi etici

Le prospettive future sono enormi. In agricoltura, CRISPR potrebbe ridurre drasticamente l’uso di pesticidi, aiutarci a mitigare gli effetti del cambiamento climatico sull’impoverimento delle superfici destinabili all’agricoltura e, più in generale, migliorare la sicurezza alimentare globale. In biomedicina, si studiano applicazioni per malattie neurodegenerative, distrofie muscolari, cecità ereditarie.

Ma il potere di riscrivere il DNA porta con sé dilemmi etici. Nel 2025, alcune startup americane hanno lanciato progetti per migliorare il patrimonio genetico dei figli di coppie ricche. Con circa 50mila dollari, una coppia facoltosa può selezionare gli embrioni “migliori” e anche modificarli per migliorare l’intelligenza dei propri figli prima che questi nascano. Almeno in teoria.

Ogni giorno, ad ogni nuova scoperta, scopriamo quanto sia sottile il confine tra terapia e manipolazione, tra cura e “miglioramento” genetico. La comunità scientifica insiste sulla necessità di regole globali e di un dibattito pubblico informato.

Un futuro scritto a colpi di forbici molecolari

Da sequenze misteriose trovate in un batterio a strumento capace di curare malattie genetiche: la storia di CRISPR dimostra ancora una volta come la scienza sappia trasformare scoperte casuali in rivoluzioni.

Charpentier e Doudna hanno aperto una nuova era della biologia, e oggi CRISPR rappresenta non solo una speranza terapeutica, ma anche un banco di prova per l’etica della ricerca. Il suo futuro dipenderà tanto dalla genialità degli scienziati quanto dalla responsabilità con cui l’umanità saprà gestire il potere di riscrivere il codice stesso della vita.