CRISPR/Cas9 aumenta le possibilità di lunghi viaggi spaziali

DNA e complesso CRISPR/Cas9
Immagine 3D del DNA.

Gli astronauti che viaggiano oltre i confini protettivi della magnetosfera terrestre corrono un rischio elevato di danni al DNA causati dalle radiazioni cosmiche ad alta energia (LET). Questi errori nel DNA possono provocare cancro e ad altre malattie, sollevando dubbi e domande sulla sicurezza dei viaggi spaziali di lunga durata.

Un esperimento condotto sulla Stazione Spaziale Internazionale (ISS) apre la strada all’editing genetico per sviluppare future terapie contro gli effetti delle missioni nello spazio profondo sugli astronauti. La ricerca è stata pubblicata il 30 Giugno dai ricercatori che lavorano nell’ambito del programma Genes in Space sponsorizzato dalla Boeing sulla rivista PLOS ONE. L’esperimento è basato sulla tecnica, nota come Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, o CRISPR/Cas9. Questa metodica permette di creare interruzioni DBS (Double Strand Breaks) in un preciso punto del genoma delle cellule bersaglio (Saccharomyces cerevisiae).

L'Astronauta della NASA Christina Kock esegue la procedura sperimentale a bordo della ISS.
L’Astronauta della NASA Christina Kock esegue la procedura sperimentale a bordo della ISS. Credits: Sebastian Kraves

Le cellule hanno diversi meccanismi di riparazione del DNA. Pertanto, la scelta di quale specifico meccanismo viene attivato nello spazio, può essere vitale a lungo termine. Studi passati suggeriscono che le condizioni di microgravità possono influenzare questa scelta cellulare, sollevando preoccupazioni sul fatto che il tipo di riparazione potrebbe non essere sufficiente. Tuttavia, ostacoli tecnologici e di sicurezza hanno limitato le indagini sulla questione. Fino ad oggi.

La proteina CRISPR/Cas9

L’utilizzo del sistema CRISPR/Cas9 per studiare la riparazione del DNA nello spazio presenta numerosi vantaggi rispetto tecniche usate in precedenza. Non si utilizzano radiazioni o altri reagenti che non sono sicuri durante un volo spaziale. Ma l’innovazione più importante è rappresentata dal fatto che il DSB viene generato in una punto specifico nel genoma. Questo permette quindi d’identificare qualsiasi mutazione avvenuta dopo la riparazione del DNA.

I ricercatori hanno dimostrato con successo l’usabilità della tecnica CRISPR/Cas9 sulle cellule di lievito a bordo della Stazione Spaziale Internazionale. Sperano, inoltre che sarà possibile, approfondire ricerche sulla riparazione del DNA nello spazio. E’ una pietra miliare. Per la prima volta l’editing del genoma con CRISPR/Cas9 viene condotto con successo nello spazio. Per la prima volta cellule vive hanno subito una trasformazione-incorporazione di materiale genetico proveniente dall’esterno dell’organismo.

Applicazioni future

In un futuro, non lontano, la ricerca perfezionerà i metodi per riparare danni al DNA causati dalle radiazioni ionizzanti. Le ultime scoperte serviranno come base di partenza per indagini su numerosi tematiche di biologia molecolare relative all’esposizione e all’esplorazione dello spazio a lungo termine.

Una fotografia della Stazione Spaziale Internazionale. A bordo di questo enorme complesso, in orbita in torno alla Terra, vengono condotti numerosi esperimenti in microgravità, riguardanti molteplici discipline.
Una fotografia della Stazione Spaziale Internazionale. A bordo di questo enorme complesso, in orbita in torno alla Terra, vengono condotti numerosi esperimenti in microgravità, riguardanti molteplici discipline. Credits: ESA.

Il team ha realizzato con successo nuove tecnologie come l’editing del genoma CRISPR, PCR e sequenziamento dei nanopori nello spazio. Siamo stati in grado di integrare tutto questo in un flusso di lavoro biotecnologico completo, applicabile allo studio della riparazione del DNA e altri processi cellulari fondamentali, in condizioni di microgravità“, ha affermato l’autore senior Sebastian Kraves. “Questi sviluppi aumenteranno la speranza dell’umanità di esplorare e abitare la vasta distesa dello spazio” ha poi aggiunto.

La prima autrice Sarah Stahl Rommel afferma: “Fare parte di Genes in Space è stato un momento fondamentale della mia carriera. Ho visto in prima persona quanto si può ottenere quando le idee innovative sono supportate dal meglio del mondo accademico, dell’industria e della NASA . L’esperienza del team ha portato alla capacità di eseguire esperimenti complessi e di alta qualità, oltre i confini della Terra. Spero che questa collaborazione di grande impatto continui a mostrare ai ricercatori cosa è possibile a bordo del ISS“.

La coautrice Sarah Castro-Wallace afferma: “È stato un onore supportare Genes in Space. Sono ancora sbalordita dalla qualità con cui abbiamo eseguito l’esperienza. Abbiamo trasformato un organismo, modificato il suo genoma con CRISPR/Cas9, seguito la sua crescita per consentire la riparazione del DNA ed infine, sequenziato l’intero genoma. Tutto a bordo della ISS. La capacità di portare a termine questa indagine completa è un enorme passo avanti per la biologia spaziale”

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