Creati in Germania i primi ragni geneticamente modificati, producono seta rossa fluorescente

Far produrre ai ragni della seta rossa fluorescente è il risultato ottenuto dai ricercatori dell'Università di Bayreuth in un recente studio pubblicato sulla rivista scientifica Angewandte Chemie. Ma qual era il loro scopo? L'obiettivo non era quello di produrre delle ragnatele più belle o di gettare le basi per creare Spider-Man, piuttosto, la ricerca mirava a dimostrare che l'editing genetico, in particolare la tecnica CRISPR-Cas9, può essere applicato anche negli aracnidi, consentendo di modificare in modo preciso il DNA. Infatti, i ragni sono poco studianti in laboratorio essendo un gruppo eterogeneo, con un genoma complesso e sono difficili da allevare e mantenere in laboratorio per via della loro natura cannibale.

Nello studio i ricercatori hanno utilizzato le tecniche di ingegneria genetica per modificare una piccola porzione di DNA nel ragno Parasteatoda tepidariorum, appartenente alla famiglia Theridiidae, inserendo il codice per produrre una proteina rossa fluorescente (Red Fluorescent Protein – RFP) nel gene che codifica per le spidroine, le proteine che costituiscono la seta. Il successo di questi esperimenti permette di gettare le basi per ulteriori studi nell'ambito della scienza dei materiali ma anche per comprendere lo sviluppo e l'evoluzione dei ragni.

Far produrre ai ragni seta rossa fluorescente: come hanno fatto i ricercatori

L'autore della ricerca, Thomas Scheibel, e i suoi collaboratori si sono avvalsi della tecnica di ingegneria genetica CRISPR-Cas9 per modificare il DNA dei ragni e ottenere i risultati desiderati. La tecnica in questione si è rivelata rivoluzionaria per la biologia sin dalla sua scoperta tanto da valere il premio Nobel per la Chimica nel 2020 a Jennifer Doudna e Emmanuelle Charpentier.

Il sistema CRISPR-Cas9 utilizza una proteina che funziona come una vera e propria forbice molecolare guidata da un filamento di RNA che le indica il punto esatto dove tagliare il DNA. Una volta che il complesso proteina-RNA si lega al DNA e lo taglia, il segmento originale può essere:

• Rimosso (knock-out): se non viene fornito uno "stampo" per la riparazione.
• Sostituito o Modificato (knock-in): se viene fornito uno "stampo" di DNA per la riparazione o l'inserimento.

I ricercatori tramite l'editing genetico hanno prima disattivato un gene coinvolto nello sviluppo dell'occhio e successivamente hanno modificato il gene che codifica per le spidroine, le proteine della seta, inserendo la RFP, la proteina rossa fluorescente.

L'uso di proteine fluorescenti come la RFP (o la GFP, Green Fluorescent Protein) è una pratica comune in laboratorio, specialmente con gli organismi modello. Questo perché forniscono un'indicazione visiva immediata del successo dell'esperimento: nel caso del ragno, se la seta brilla quando illuminata da una specifica lunghezza d'onda, significa che la modifica genetica è avvenuta correttamente.

Per modificare geneticamente il ragno Parasteatoda tepidariorum gli scienziati hanno sviluppato una soluzione iniettabile che conteneva un sistema il sistema di editing descritto prima per includere la sequenza genica della proteina fluorescente rossa. La soluzione è stata poi iniettata negli ovociti di ragni femmine non fecondate che, quando si sono accoppiate con i maschi, hanno prodotto una prole geneticamente modificata.

Ragni geneticamente modificati: i risultati e le prospettive future

Prima del lavoro dell'Università di Bayreuth non erano presenti studi e dati di editing genetico sui ragni, tecniche utilizzate per esempio nelle zanzare. Per questo i ricercatori hanno prima sperimentato la "cosa più semplice": disattivare un gene, evitando la produzione della proteina a esso associata. Disattivando un gene che controlla lo sviluppo degli occhi gli scienziati hanno ottenuto ragnetti privi di occhi, confermando il suo ruolo in questo processo, ma soprattutto validando il successo della tecnica.

A questo punto sono passati allo step successivo, inserire una sequenza nuova per modificare la seta prodotta dal ragno, una sostanza prodotta da apposite ghiandole incredibilmente resistente (a parità di peso è più robusta dell’acciaio e del kevlar) e studiata in ambito scientifico essendo biodegradabile, leggera, resistente allo strappo ed elastica. La seta prodotta da questi ragni esposta a una luce con lunghezza d'onda opportuna emette una luce rossa (650 nm o più) quando viene visualizzata al microscopio.

Per gli autori questa ricerca, non solo potrebbe aiutare a capire i meccanismi di sviluppo dei ragni, ma può anche aprire la strada a studi nella scienza dei materiali, con la possibilità di funzionalizzare queste fibre, ovvero di modificarle per migliorarne e alterarne le proprietà. L'obiettivo potrebbe essere renderle, per esempio, più resistenti o più elastiche, aprendo la strada a materiali innovativi con applicazioni in svariati campi, come riportato da Scheibel:

La possibilità di applicare l'editing genetico CRISPR alla seta di ragno è molto promettente per la ricerca nella scienza dei materiali: per esempio, potrebbe essere utilizzata per aumentare ulteriormente la già elevata resistenza alla trazione della seta di ragno.

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