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, riuscendo a trasferire, modificare e sostituire interi cromosomi umani mantenendone intatta la struttura. Lo studio, pubblicato su Science, rappresenta una svolta importante per la biologia sintetica e generativa e per 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 10 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 finora 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, rendendo più semplice valutare il contributo delle grandi regioni regolatorie, il ruolo del cosiddetto “DNA oscuro”, e l’organizzazione tridimensionale del DNA nella cellula. L’approccio offre inoltre un modello unico per lo studio delle alterazioni cromosomiche tipiche del cancro, nonché i meccanismi alla base dell’invecchiamento, incluso il comportamento dinamico dei telomeri. In futuro, il lavoro potrebbe aprire 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 dott. Petris durante il proprio periodo all’estero. La prosecuzione e l’espansione di questa linea di ricerca in Italia sono oggi portate avanti dallo stesso 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. “Si tratta di un risultato che fino a pochi anni fa sarebbe stato considerato irrealizzabile e che oggi – dichiara Petris – apre la strada a una nuova generazione di conoscenze e tecnologie destinate ad avere un impatto scientifico, medico, economico e sociale di grande rilievo.”
