Nel punto di taglio i meccanismi naturali di riparazione del DNA generano piccole inserzioni o delezioni di qualche base nucleotidica, oppure riscrivono alcune basi della sequenza del gene, modificando l’informazione genetica senza introduzione di DNA estraneo.

Le mutazioni prodotte con questo sistema hanno notevoli vantaggi rispetto alla mutagenesi chimica o fisica, poiché la mutagenesi biologica non è casuale ma mirata su sequenze specifiche.

Il punto del taglio è determinato da una molecola di RNA che contiene una sequenza esattamente complementare alla sequenza del DNA che si vuole modificare. 

La scoperta del sistema CRISPR/Cas

Nel 2007 si è scoperto che i batteri utilizzano il sistema CRISPR per difendersi dai virus che li attaccano. Dopo una infPer approfondimentiezione, l’organismo utilizza l’enzima Cas9 per tagliare il DNA del virus, che riconosce grazie a una molecola-guida formata da RNA. Il taglio inattiva il virus e un frammento di quest’ultimo viene immagazzinato nel DNA del procariote, in modo da riconoscerlo immediatamente in caso di nuova infezione. Questa collezione di frammenti di virus è l’equivalente batterico del nostro sistema immunitario.

Nel 2012 Science pubblica un articolo firmato da Jennifer Doudna, biochimica presso l’University of California, ed Emmanuelle Charpentier, ora direttrice al Max Plank Institute of Infection Biology di Berlino, che descrive la tecnica di editing genomico a livello molecolare.

Nel 2017 CRISPR si evolve permettendo l’identificazione di una lettera sbagliata sul DNA e la sua modifica a livello chimico. Diventa così possibile sostituire le lettere che compongono l’informazione genica, sia in cellule umane che nei batteri. Purtroppo, questo meccanismo non è in grado di effettuare tutte le sostituzioni possibili e, di conseguenza, la ricerca continua. 

Nel 2019 dal Broad Institute di Cambridge gli scienziati coordinati da David R. Liu implementano il meccanismo: la guida di RNA suggerisce quali sono gli errori da correggere. In questo caso non vi è il taglio della doppia elica né modifiche a livello chimico. Il sistema CRISPR è fuso con l’enzima trascrittasi inversa, che usa l’RNA guida come stampo e lo ricopia sotto forma di DNA, correggendo la mutazione del gene di interesse in modo più preciso. Questo processo prende il nome di ‘prime editing’  e grazie alla mancanza del doppio taglio, viene ridotta la possibilità di mutazioni indesiderate rendendo la correzione del DNA più precisa e flessibile.