Un nuovo metodo per l'editing del genoma
Ispirato alle strategie di difesa dei batteri
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Un team di ricerca guidato da scienziati dell'Istituto Helmholtz per la ricerca sulle infezioni basate sull'RNA (HIRI) ha introdotto un nuovo modo per mettere a punto il materiale genetico. Lo studio, pubblicato su Nature Biotechnology, descrive una tecnica innovativa che prevede l'applicazione di etichette chimiche direttamente sul DNA, aprendo la strada a nuovi approcci in medicina, agricoltura e biotecnologia.
L'editing mirato delle informazioni genetiche è progredito a un ritmo straordinario negli ultimi anni. Strumenti come le "forbici genetiche" CRISPR-Cas9 e l'editing delle basi, una tecnica che apporta modifiche precise di una sola lettera al DNA senza tagliarlo, sono già diventati standard nella ricerca e nello sviluppo clinico. Queste tecnologie vengono utilizzate per trattare disturbi genetici, migliorare la resistenza delle colture e ingegnerizzare i batteri per scopi biotecnologici.
Trasformare la battaglia tra batteri e virus in progresso scientifico
I ricercatori dell'Istituto Helmholtz per la ricerca sulle infezioni basate sull'RNA (HIRI), una sede del Centro Helmholtz di Braunschweig per la ricerca sulle infezioni (HZI), in collaborazione con la Julius-Maximilians-Universität di Würzburg (JMU), hanno sviluppato un nuovo metodo per modificare con precisione il DNA. Il team dell'HIRI ha collaborato anche con la North Carolina State University negli Stati Uniti e con il Politecnico di Zurigo in Svizzera. Il loro obiettivo era quello di rendere le modifiche genetiche nei batteri, nelle piante e nelle cellule umane ancora più precise e delicate. I risultati sono stati pubblicati online prima della stampa sulla rivista Nature Biotechnology.
Il team si è ispirato a un sistema di difesa naturale dei batteri contro i virus noti come batteriofagi. Per combattere questi invasori, i batteri utilizzano due enzimi, DarT2 e DarG. Durante un'infezione virale, DarT2 attacca un marcatore chimico al DNA, bloccando la replicazione e arrestando la diffusione del virus. In assenza di una minaccia, DarG spegne DarT2 e rimuove attivamente il marcatore. Questo meccanismo finemente regolato aiuta a prevenire la diffusione del virus e ora serve come base per un nuovo approccio di editing del genoma.
Questa nuova forma di attacco è stata chiamata dai ricercatori "append editing". "Per la prima volta, questo ci permette di ottenere nuovi tipi di modifiche genetiche non possibili con i metodi precedenti", spiegano gli scienziati.
Per capire il meccanismo, si può immaginare il DNA come un quaderno in cui ogni pagina è costituita da una lunga catena di lettere. Mentre le tecniche tradizionali di editing genetico rimuovono o sostituiscono singole lettere all'interno di questa catena, l'append editing introduce un piccolo gruppo chimico - molecole di ADP-ribosio - in un sito specifico. Questa aggiunta funziona come una "nota adesiva" apposta su una particolare lettera. Il marcatore chimico convince la cellula a modificare il DNA con grande precisione e con un disturbo minimo. Il tipo di cambiamento, tuttavia, dipendeva dall'organismo in cui era stato introdotto.
"DarT2": il pioniere di una nuova era di editing del genoma
A differenza delle tecnologie precedenti, in cui gli stessi strumenti producono risultati simili in tutti gli organismi, gli effetti del metodo di editing delle appendici erano diversi tra batteri ed eucarioti, come funghi, piante e cellule umane. "Abbiamo osservato che l'append editing portava all'incorporazione di modifiche di grandi dimensioni nei batteri sulla base di un modello fornito, mentre nelle cellule eucariotiche la base del DNA modificata cambiava identità", spiega Chase Beisel, capo dipartimento affiliato all'HIRI. "Questa è stata una delle scoperte più sorprendenti: il risultato della riparazione del DNA potrebbe essere molto diverso tra gli organismi", aggiunge Constantinos Patinios, ex postdoc nel laboratorio di Beisel.
I ricercatori vedono numerose applicazioni potenziali per questo strumento. "Il nostro metodo di modifica delle appendici amplia notevolmente la gamma di strumenti della ricerca sul genoma e apre nuove porte per la biotecnologia di precisione e lo sviluppo di terapie mediche", afferma Darshana Gupta, dottoranda presso l'HIRI. In particolare, i microbi potrebbero essere modificati in modo mirato, ad esempio per ottimizzare i batteri naturalmente benefici nel corpo umano o per studiare in modo più efficace gli agenti patogeni. Nelle cellule umane, l'editing preciso potrebbe un giorno aiutare a correggere delicatamente le malattie ereditarie e fornire nuove conoscenze sui processi di riparazione del DNA.
Sono ancora necessarie ulteriori ricerche prima che queste applicazioni possano raggiungere la pratica clinica. Tuttavia, gli scienziati sono fiduciosi: "DarT2 è un altro grande esempio dell'uso delle difese batteriche nella ricerca sul genoma", afferma Harris Bassett, che sta completando il suo dottorato nel laboratorio di Beisel.
Nota: questo articolo è stato tradotto utilizzando un sistema informatico senza intervento umano. LUMITOS offre queste traduzioni automatiche per presentare una gamma più ampia di notizie attuali. Poiché questo articolo è stato tradotto con traduzione automatica, è possibile che contenga errori di vocabolario, sintassi o grammatica. L'articolo originale in Inglese può essere trovato qui.
Pubblicazione originale
Darshana Gupta, Constantinos Patinios, Harris V. Bassett, Anuja Kibe, Scott P. Collins, Charlotte Kamm, Yanyan Wang, Chengsong Zhao, Katie Vollen, ... Antoine-Emmanuel Saliba, Nathan Crook, Anna N. Stepanova, Jose M. Alonso, Chase L. Beisel; "Targeted DNA ADP-ribosylation triggers templated repair in bacteria and base mutagenesis in eukaryotes"; Nature Biotechnology, 2025-9-4
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