Nel 2020 il premio Nobel per la Chimica è stato assegnato a Emmanuelle Charpentier e Jennifer Doudna per una scoperta rivoluzionaria, quella delle forbici molecolari CRISPR-CAS9, l’innovativo approccio di ingegneria genetica con cui è possibile modificare il DNA, eliminando, riparando o sostituendo geni in maniera estremamente precisa, veloce ed economica.

Il sistema, che le due scienziate sono riuscite a ricostruire in vitro, deriva da un meccanismo di difesa che i batteri attuano nei confronti dei patogeni per inattivarne l’azione e rispondere prontamente ad una eventuale seconda infezione da parte degli stessi. In caso di infezione, i batteri incorporano nel locus CRISPR del loro genoma il DNA estraneo, che viene trascritto in RNA messaggero quando lo stesso patogeno infetta per una seconda volta il batterio. L’RNA messaggero prodotto andrà a legarsi per complementarietà alla sequenza di DNA infettante: un meccanismo che ne favorisce il riconoscimento da parte della nucleasi Cas9, che taglia la doppia elica del DNA, inattivando di fatto il patogeno. La grande rivoluzione introdotta dalle due scienziate è l’aver reso questo meccanismo biologico di difesa ampiamente riproducibile nei laboratori di ricerca. I ricercatori sintetizzano un RNA guida per indirizzare l’enzima Cas9 ad agire in modo specifico sul gene bersaglio, tagliando la doppia elica di DNA. Una volta eseguito il taglio intervengono i normali meccanismi di riparazione del DNA oppure, fornendo la sequenza di DNA desiderata (ad esempio, un gene sano), la cellula provvede a sostituire il gene mutato con quello introdotto. Come è stato scoperto questo meccanismo di difesa nei procarioti? E come funziona dal punto di vista molecolare? Questi ed altri approfondimenti sono disponibili proprio nelle pagine del sito web del Premio Nobel, dove in questo documento in lingua inglese, si ripercorrono le tappe significative della scoperta.

Per raccontare ai propri studenti questa scoperta innovativa si può partire con la risorsa edita dal progetto Aula di Scienze di Zanichelli, a cui associare anche un’utile animazione interattiva - in lingua inglese, liberamente accessibile dal sito di BioInteractive. L’animazione consente di seguire le singole fasi del processo (riconoscimento, legame, taglio e riparazione del DNA), grazie ad un sistema di scorrimento verso il basso, controllato direttamente dal docente, che permette di alternare spiegazione teorica e visualizzazione del meccanismo d’azione per ridurre la complessità dei meccanismi molecolari alla base del sistema di editing genomico. Nella stessa pagina, alla sezione “How it’s use” è anche possibile seguire alcuni brevi video in inglese sull’utilizzo e le potenzialità della tecnologia, tra cui alcuni tenuti dalla stessa Jennifer Doudna. Inoltre, per prendere dimestichezza con la biologia molecolare alla base delle manipolazioni genica, gli studenti in prima persona possono cimentarsi nella costruzione di un modellino cartaceo del sistema CRISPR-CAS9. Come per i link precedenti, anche questa risorsa è in lingua inglese e comprende il materiale cartaceo necessario per l’attività, oltre a una guida per il docente e per gli studenti. Tutti i materiali sono gratuitamente scaricabili dal sito di BioInteractive. 

La scoperta dell’editing genomico è stata accolta con grande entusiasmo dal mondo scientifico per le tantissime applicazioni che possono essere messe in campo nei più disparati ambiti della scienza: dal settore agro-alimentare, alla protezione di specie animali a rischio, dalla produzione di farmaci alla ricerca biomedica. A tal proposito, nell’area Biotecnologie del nostro sito (previa registrazione gratuita) è disponibile il webinar “La tecnologia CRISPR-CAS nelle Scienze della Vita” della dottoressa Anna Cereseto, professore ordinario di Biologia molecolare presso l’Università degli Studi di Trento. Nel webinar, dopo aver approfondito la scoperta e il meccanismo di funzionamento del sistema CRISPR-CAS, vengono presentate alcune applicazioni in ambito biotecnologico. Un altro modo per coinvolgere i propri studenti nella comprensione dell’editing genomico potrebbe essere quello sviluppato dal Gurdon Institute dell’Università di Cambridge, che con il progetto SCoPE (Scientists’ Collaborative Project with Educators) ha messo a punto un gioco interattivo gratuito online. Il gioco, disponibile in lingua inglese, consente agli studenti di vestire i panni di giovani ricercatori. Gli alunni si troveranno ad applicare il metodo scientifico, formulando ipotesi, disegnando esperimenti, analizzando dati e discutendo i risultati, per approfondire il ruolo e il potenziale di CRISPR nel trattamento delle patologie, proprio come se fossero realmente in un laboratorio di ricerca. Un’opportunità per utilizzare almeno in silico questa tecnologia.

Non vi resta, quindi, che navigare tra le risorse proposte per appassionare e coinvolgere i vostri studenti parlando di un ambito della scienza così recente, ma allo stesso tempo dalle enormi opportunità!