Lo studio di un gruppo internazionale di ricercatori pubblicato su “Science” rappresenta una svolta decisiva per la biologia sintetica e generativa e per le future terapie genetiche avanzate.
Un gruppo internazionale di ricercatori del MRC Laboratory of Molecular Biology e del Wellcome Sanger Institute di Cambridge, guidato da Gianluca Petris — oggi Principal Investigator della Genome Engineering & Biotechnology Unit della Fondazione Italiana Fegato e docente al Dipartimento di Medicina dell’Università di Udine — ha ottenuto un risultato senza precedenti: trasferire, modificare e sostituire interi cromosomi umani mantenendo intatta la loro struttura. Lo studio, pubblicato su Science (https://www.science.org/doi/10.1126/science.adv9797), rappresenta una svolta decisiva per la biologia sintetica e generativa e per le future terapie genetiche avanzate.
I ricercatori hanno sviluppato una tecnologia che permette di spostare cromosomi umani interi da una cellula all’altra senza danneggiarne il DNA, di modificarli in speciali “cellule fabbrica” costituite da cellule staminali embrionali di topo e di reintrodurli successivamente nelle cellule umane finali. In queste cellule fabbrica, i telomeri dei cromosomi umani — strutture che, quando si accorciano, sono critiche nei processi di invecchiamento e stabilità genomica — si allungano fino a dieci volte, tornando poi spontaneamente alle lunghezze tipiche umane quando i cromosomi vengono riportati nelle cellule riceventi. È stato inoltre possibile eliminare il cromosoma originale delle cellule umane e sostituirlo con quello ingegnerizzato, completando per la prima volta un ciclo intero di trapianto cromosomico con fedeltà genomica senza precedenti.
Questo approccio consente di affrontare domande biologiche che finora erano rimaste fuori dalla portata dell’editing genomico tradizionale (come CRISPR-Cas). La nuova tecnologia permette infatti di modificare e analizzare in modo causale il genoma umano come un sistema integrato, e non più solo gene per gene. Diventa cosi più semplice valutare il contributo delle grandi regioni regolatorie, il ruolo del cosiddetto “DNA oscuro”, e l’organizzazione tridimensionale del DNA nella cellula. Inoltre, offre un modello unico per studiare le alterazioni cromosomiche tipiche del cancro, nonché i meccanismi alla base dell’invecchiamento, incluso il comportamento dinamico dei telomeri. Guardando al futuro, questo lavoro apre la strada alla costruzione di cromosomi e genomi sintetici, alla progettazione di cellule con funzioni completamente nuove, a cellule e tessuti con maggiore compatibilità immunologica e resistenza intrinseca ai virus e allo sviluppo di una nuova generazione di terapie genetiche capaci di affrontare anche malattie complesse e rare.
La parte sperimentale della ricerca è stata condotta interamente nel Regno Unito grazie al supporto del Medical Research Council (MRC), del Wellcome Trust e di una Marie Skłodowska-Curie European Postdoctoral Fellowship vinta dal Dr. Petris durante il suo periodo all’estero. La prosecuzione e l’espansione di questa linea di ricerca in Italia sono oggi portate avanti dal Dr. Petris presso la Fondazione Italiana Fegato e l’Università di Udine, grazie al sostegno di finanziamenti competitivi quali il My First AIRC Grant (AIRC) e il programma PNRR – Giovani Ricercatori. Come sottolinea Gianluca Petris, “si tratta di un risultato che fino a pochi anni fa sarebbe stato considerato irrealizzabile e che oggi apre la strada a una nuova generazione di conoscenze e tecnologie destinate ad avere un impatto scientifico, medico, economico e sociale di grande rilievo”.
