Ultimo aggiornamento: 10/10/07

Topi da Nobel

Il celebre riconoscimento, per la medicina e la fisiologia, per l’anno 2007, è stato assegnato dalla Fondazione Nobel, la prestigiosa istituzione privata con sede a Stoccolma, a tre scienziati: Mario Capecchi, Martin Evans e Oliver Smithies. Le loro ricerche hanno portato all’elaborazione di una tecnologia molto potente che ha permesso di lavorare sui singoli geni usati come bersaglio (geni targeting), ovviamente su modelli animali, topi nello specifico. La tecnica messa a punto permette oggi di rendere inattivi i singoli geni, proprio come se venissero spenti e smettessero di funzionare (knockout). Molti esperimenti di questo genere hanno spiegato il ruolo, per esempio, di molti geni nello sviluppo embrionale, nella fisiologia dell’adulto, nell’invecchiamento e nelle malattie. Sono più di 10 mila i geni messi ko ed è potenzialmente possibile produrre quasi ogni tipo di modificazione del DNA nel genoma del topo permettendo ai ricercatori che ne fanno uso, di stabilire il ruolo dei singoli geni nei soggetti sani e in quelli malati. Al momento esistono più di 500 modelli murini di malattie umane tra cui quelle cardiovascolari e neurodegenerative, diabete e tu more.

Ricerche in parallelo
Per arrivare a tutto ciò i passaggi sono stati numerosi, piccoli e sparsi nel tempo e nello spazio, in quanto ognuno dei tre scienziati ha lavorato sul proprio pezzo per poi arrivare a un obiettivo comune. Mario Capecchi e Oliver Smithies hanno studiato, indipendentemente uno dall’altro, la ricombinazione omologa, un processo che permette lo scambio di sequenze di DNA tra cromosomi omologhi (cioè appartenenti alla stessa coppia di cromosomi) aumentando la variabilità genetica. I due scienziati hanno intuito che la ricombinazione poteva essere una modalità per modificare i geni dei mammiferi. Capecchi, in particolare, ha dimostrato che il processo poteva avvenire all’interno di cellule di mammiferi tra cromosomi del DNA introdotto e i cromosomi già presenti, documentando così la possibilità di riparare geni difettosi con DNA esogeno. Smithies, dal canto suo, ha tentato inizialmente di riparare geni mutati in cellule umane per curare alcune patologie ereditarie del sangue del midollo osseo. In questi esperimenti anch’egli ha scoperto che i geni endogeni possono essere “bersagliati” (targeted) e quindi resi accessibili a modificazioni per ricombinazione omologa. Ma fino a qui si lavorava solo su singole cellule non su organismi complessi, e comunque su cellule che non potevano trasmettere le novità che contenevano.

Per tentativo ed errore
Il passo successivo lo ha fatto Martin Evans. Il suo primo interesse era rivolto alle cellule di carcinoma embrionale di topo, che per quanto di origine tumorale, potevano dare origine a qualsiasi tipo di cellula. E ha immaginato tali cellule come veicoli per introdurre materiale genetico nella linea di cellule germinali, ovuli e spermatozoi. Inizialmente senza successo perchè le cellule tumorali erano portatrici anche di anomalie, ma alla ricerca di un’alternativa scoprì che si potevano ottenere colture di cellule normali direttamente estraendole da stadi precoci di embrioni di topo. Quelle che oggi vengono correntemente chiamate cellule staminali embrionali. Evans ha iniettato le cellule staminali embrionali di un ceppo di topi negli embrioni di un altro ceppo, gli embrioni così prodotti sono stati impiantati e fatti sviluppare. La progenie derivante è stata successivamente incrociata e nella prole derivata era possibile rintracciare i geni contenuti nelle iniziali cellule staminali. A quel punto i geni in questione potevano essere ereditati secondo le classiche leggi di Mendell. Tornando a monte del processo, Evans ha modificato in modo mirato, le cellule staminali embrionali, usando i retrovirus in quanto capaci di integrare i loro geni nei cromosomi delle cellule ospiti. Ed è riuscito a trasferire il DNA retrovirale in cellule staminali embrionali fino a ritrovarlo nella linea di cellule germinali delle cavie e quindi a far nascere una generazione di animali portatori di materiale genetico nuovo.

L’unione fa la scienza
Nel 1986 le intuizioni dei tre ricercatori si incontrarono: da una parte i geni potevano essere bersagliati e spenti per ricombinazione omologa, dall’altra c’era il veicolo idoneo per portarli nelle linee di cellule germinali del topo. Nel 1989 furono pubblicati i primi lavori che documentavano la ricombinazione omologa in cellule staminali embrionali usata per generare cavie con geni disattivati. Da quel momento il numero di ceppi di topi con geni opportunamente spenti sono aumentati esponenzialmente al punto che ora è possibile introdurre mutazioni che si possono attivare in un momento specifico dello sviluppo o in un organo specifico.
Le conseguenze di queste ricerche si trovano in tutti i laboratori di ricerca biomedica che usano modelli animali per studiare le malattie umane riprodotte in questo modo nelle cavie.

Simona Zazzetta

Fonte
The Nobel Foundation