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Un nuovo modo per modificare il dna: usare la proteina CasX

Una nuova proteina, chiamata CasX, potrebbe essere una nuova arma di Crispr. Questa proteina si va ag aggiungere a Cas9 e Cas12. E per certi aspetti potrebbe essere anche più efficiente, dato che è più piccola e potrebbe agire in maniera più mirata

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(foto: KtsDesign/Science Photo Library via Getty Images)

Il sistema Crispr, alla base ormai nota tecnica di editing (modifica) del dna, trova una nuova strada per raggiungere i suoi obiettivi. Oggi, infatti, in aiuto della tecnica Crispr è stata identificato un nuovo enzima, cioè una proteina chiamata CasX, che taglia in maniera specifica il dna permettendo la modifica. Questa proteina potrebbe funzionare proprio come la nota Cas9. Inoltre, essendo di dimensioni inferiori rispetto a Cas9, CasX potrebbe fornire un vantaggio quando si deve applicare a piccole parti di dna. A trovarla è un gruppo di ricerca guidato dall’Università della California a Berkeley, che ha pubblicato i risultati dello studio su Nature.

Il sistema Crispr di fatto si basa sull’uso di proteina, come Cas9 (ma anche della Cas12), che deriva da frammenti di batteri con cui siamo venuti in contatto. Questa tecnica sfrutta l’azione di questi frammenti proteici diretti contro virus invasori e in grado di riconoscere e demolire il loro dna. E Crispr agisce in modo simile.

Finora, il sistema Crispr si serve principalmente di Cas9, un enzima che funziona come un paio di forbici per tagliare e inserire parti di dna. Da anni, gli scienziati conoscono questo ingranaggio e lo utilizzano per trovare e sostituire specifiche sequenze del codice genetico.

I ricercatori di Berkeley hanno scoperto questo enzima, estratto da batteri che non colonizzano l’essere umano, ma presenti nelle acque sotterranee e nei sedimenti, già due anni fa, pubblicando i risultati in un paper sempre su Nature. Ed oggi forniscono una spiegazione di come funziona questo enzima. Come le altre proteine Cas, CasX riesce a tagliare dna, a legarvisi per regolare i geni e colpire specifiche sequenze di codice, dunque presenta tutti i vantaggi di Cas9 e Cas12. Inoltre, un enzima un po’ più piccolo di Cas9 e risulta comunque diverso rispetto ai due enzimi già noti, tanto da essersi evoluto in maniera diversa nei batteri.

Oltre alle dimensioni ridotte, anche il fatto che CasX provenga da batteri non nell’essere umano potrebbe renderla più accettabile per il sistema immunitario umano. Al contrario, in precedenza è stato posto il dubbio che queste proteine batteriche possano essere combattute dal nostro organismo, mettendo a rischio l’efficacia. Alcuni medici temono che Cas9possa essere associata a una reazione immunitaria in alcuni pazienti, sottolineano gli autori dell’università della California. “La capacità della sostanza di indurre una risposta immunitaria, l’invio e la specificità dello strumento di editing del genoma sono estremamente importanti”, ha spiegato Benjamin Oakes, co-primo autore dello studio, coordinato da Jennifer Doudna. “Siamo entusiasmati da CasX riguardo a tutti questi aspetti”.

I primi autori dello studio, Jun-Jie Liu e Natalia Orlova, hanno utilizzato la microscopia crio-elettronica, che ha vinto il Nobel per la chimica nel 2017, una tecnica di imaging che consente di congelare biomolecole, come proteine, per osservare il loro comportamento a livello atomico. In questo modo hanno catturato immagini istantanee di CasX nei movimenti legati alla modifica del gene. Ed è proprio da quest’analisi che gli autori hanno osservato che le modalità in cui CasX agisce sono diverse rispetto a quelle messe in atto da Cas9 e Cas12, anche se l’obiettivo è lo stesso. In qualche modo la dimensione minore di CasX rende la sua attività differente. Per questa ragione CasX farebbe parte di “una famiglia di enzimi separataa livello funzionale”, come si legge nel paper, sia da Cas09 che da Cas12.

Le sue dimensioni minime, spiegano gli autori, rappresentano una prova del fatto che la natura (ovvero i batteri) usa una ricetta base per mettere in atto queste modifiche del genoma. “Comprendere questa ricetta ci aiuterà ad andare avanti in maniera più ragionata e a costruire strumenti di editing del genoma per i nostri obiettivi piuttosto che per quelli della natura”, sottolinea Oakes. E ora i ricercatori intendono approfondire il funzionamento di CasX. Senza escludere la possibilità, conclude Doudna, di trovare forbici molecolari ancora più potenti. Già perché questi elementi – queste proteine – non sono per forza in competizione fra loro, ma sono tutti strumenti che potrebbero servire per realizzare l’editing del genoma.



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Wired

Detective presso Computer Crime Research Center. Investigazioni Roma. Ingegneria Elettronica e delle Telecomunicazioni Seminario Analisi del Crimine Violento Università di Roma

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Coronavirus, 5 nuove scoperte da tenere a mente su Covid-19

La ricerca sul nuovo coronavirus è fervente. Ecco cinque delle ultime scoperte e notizie scientifiche relative al virus, dalla permanenza sulle superfici ai rischi per i più piccoli fino a sintomi a volte trascurati

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(oto: NIAID-RML CC via Flickr)

Ricercatori di tutto il mondo continuano a studiare il nuovo coronavirus Sars-CoV-2. E online, ad esempio sulla banca dati di Pubmed, si rintracciano ormai migliaia di studi pubblicati. Analizzare sempre di più la malattia Covid-19 ci permetterà di conoscere e poter affrontare al meglio l’infezione e la pandemia. A questo proposito ecco cinque delle scoperte più recenti, da quando e come avviene il contagio, alle categorie più colpite fino all’attenzione ai sintomi nei bambini.

1. Coronavirus, quanto resta sulle superfici

Le più recenti prove scientifiche mostrano che il coronavirus Sars-CoV-2 può resistere sicuramente alcune ore e probabilmente anche qualche giorno – secondo una ricerca fino a 3 giorni, secondo un’altra anche fino a 9 – su superfici come plastica e acciaio, meno sul cartone. Ma quando è rintracciato sugli oggetti sembra essere meno infettante, dato che in questo caso il suo titolo virale risulta molto ridotto. Per questo l’Oms non ha posto alcun veto alla circolazione delle merci, che è sicura. Riguardo a vestiti e scarpe, è in generale buona norma toglierli e riporli quando si rientra in casa, ma anche questi oggetti non rientrano fra le principali vie di trasmissione, a differenza del contatto con particelle di saliva (vicinanza con le persone e strette di mano).

2. Bambini: neonati e bimbi piccoli più vulnerabili

Bambini e adolescenti e giovanissimi sono molto poco colpiti dal nuovo coronavirus, basti pensare che in Italia non ci sono decessi sotto i 30 anni. E anche i piccoli colpiti hanno i sintomi meno gravi rispetto agli adulti. Tuttavia, anche se le manifestazioni cliniche nei bambini risultano più moderate, soprattutto neonati e bimbi in età prescolare sono risultati suscettibili all’infezione. Ad affermarlo è un nuovo studio su duemila bambini e ragazzi cinesi, in via di pubblicazione su Pediatrics e attualmente in preprint. La ricerca mostra che nella maggior parte dei casi i disturbi sono leggeri o medi, tuttavia all’interno della categoria dei più giovani, in circa il 6% dei bambini ci sono state manifestazioni cliniche gravi.

3. Sintomi, quelli gastrointestinali spesso trascurati

Uno studio in via di pubblicazione sull’American Journal of Gastroenterology (qui in preprint) mette in luce che quasi la metà dei pazienti con Covid-19 nella provincia di Hubei ha presentato sintomi gastrointestinali, come diarrea o anoressia – intesa come sintomo legato al rifiuto del cibo e non come la malattia dell’anoressia nervosa. Inoltre lo studio rivela che peri pazienti con problemi digestivi e in assenza di problemi respiratori il tempo fra la comparsa dei sintomi e il ricovero era più lungo, mentre la probabilità di essere curati e dimessi più bassa. Insomma, è bene che chi ha manifestazioni gastrointestinali presti attenzione ai sintomi e non si escluda la possibilità che si tratti di Covid-19.

4. Due vittime su tre sono di sesso maschile

Alla data del 17 marzo l’Istituto superiore di sanità fornisce una fotografia delle persone colpite dal nuovo coronavirus in Italia. Parlando di numeri, 6 pazienti su 10 sono di sesso maschile e 2 vittime su 3 sono uomini. Un dato che però non deve far abbassare la guardia alle donne. I deceduti con meno di 50 anni sono solo 17, tutti con altre patologie precedenti – elemento informativo che non vuole sminuire la gravità del problema. L’età media dei contagiati è di 63 anni, quella dei deceduti di 80 anni.

5. Non ci sono prove che l’ibuprofene faccia male

Si discute da tempo del fatto che assumere antinfiammatori, fra cui l’ibuprofene, possa aumentare il rischio di Covid-19 o peggiorare i sintomi. Il ministro della Sanità francese aveva invitato i cittadini a non assumere questi farmaci in caso di Covid-19 perché potrebbero peggiorare l’infezione. Fermo restando che l’automedicazione è sempre da evitare, tanto più nel caso del nuovo coronavirus, questa è per ora soltanto un’ipotesi e il ministero della Salute italiano ha rimarcato che non ci sono prove che l’ibuprofene faccia male.



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Le piante comunicano tra loro usando reti sotterranee

È quanto ha rivelato uno studio condotto da un gruppo di scienziati dell’Università svedese di scienze agrarie, appena pubblicato su Plos One

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Le piante hanno sviluppato reti di comunicazione sorprendentemente complesse che consentono loro di comunicare su ciò che sta accadendo in superficie.

È quanto ha rivelato uno studio condotto da un gruppo di scienziati dell’Università svedese di scienze agrarie, appena pubblicato su Plos One. Nonostante il loro stile di vita “immobile”, in realtà le piante sono quindi più attive di quanto si possa pensare: sono in grado di comunicare sottoterra tra di loro, inviando messaggi complessi che arrivano dalla superficie.

Il merito è di alcune sostanze chimiche secrete dalle radici nel terreno, che vengono poi rilevate attraverso le radici delle piante vicine.In questo modo arrivano a sapere se le loro vicine sono parenti o estranee. E persino a dirigere la loro crescita di conseguenza. Man mano che crescono in prossimità di altre piante, controllano costantemente ogni segnale che si verifica in superficie, e fanno lo stesso anche sottoterra.

Come lo hanno scoperto? Per comprendere meglio come ciò possa avvenire e per saperne su come i fattori al di sopra del suolo influenzino ciò che accade al di sotto della superficie, gli studiosi hanno analizzato il comportamento di alcune piantine di mais, monitorando la reazione ai cambiamenti nella crescita in base alla vicinanza con altre piante.

Simulando il tocco con una foglia di una pianta vicina hanno scopeto le sostanze chimiche prodotte dalla radice della pianta. Il team ha quindi preso queste sostanze chimiche e le ha trasferite in altre piante, per vedere le reazioni. Hanno così scoperto che le piante esposte alle sostanze chimiche rispondevano indirizzando le loro risorse a far crescere più foglie e meno radici.

In pratica, il team ha dimostrato che ciò che accade al di sopra del suolo influenza ciò che accade sotto la superficie, e anche che il modo in cui le piante comunicano questo è più complesso di quanto pensassimo. Questo ha davvero molta importanza, dal momento che la capacità delle piante di rilevare i cambiamenti dell’ambiente circostante (e reagire di conseguenza) è essenziale per determinarne la sopravvivenza.



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Reti sociali: un modello per studiare gli effetti della propagazione virale

Pubblicati su “Plos One” i risultati di una ricerca dell’Università Statale di Milano che ha messo a punto un software per la simulazione di fenomeni di propagazione virale all’interno di reti sociali e dei loro effetti sulla conoscenza che gli individui maturano riguardo al tema al centro dell’epidemia

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© Science Photo Library RF

Lo studio pubblicato su Plos One propone un modello per descrivere come la diffusione di un fenomeno virale in una rete sociale (per cui si usa spesso il termine di epidemia, riferito non solo a malattie ma anche a dipendenze e alla diffusione di opinioni) influenzi la conoscenza che di esso hanno gli individui, determinando comportamenti differenti, volti in alcuni casi a prevenire il contagio, in altri a favorirlo. La ricerca evidenzia come il risultato delle modifiche nei comportamenti vada a cambiare la diffusione virale.

Il lavoro si inserisce nell’ambito degli studi di coevoluzione di sistemi complessi in presenza di fenomeni epidemici: una rete sociale (digitale o non digitale) ha caratteristiche tipiche dei sistemi complessi e le due dinamiche, la diffusione virale e i comportamenti degli individui, si influenzano vicendevolmente, coevolvono.

Definire dei meccanismi di variazione della conoscenza sufficientemente semplici da poter essere modellati e simulati con un tool software appositamente sviluppato è stato lo scopo dello studio.

Il modello è stato ideato e coordinato da Marco Cremonini dell’Università di Milano e sviluppato insieme a Samira Maghool, dottoranda in Fisica dell’Alzhara University di Teheran (Iran) e visiting researcher presso il dipartimento di Informatica dell’ateneo milanese da settembre 2018.

Per il modello e il simulatore è stato usato un approccio multi-agente, nel quale gli individui vengono rappresentati da componenti software (agenti) che eseguono azioni sulla base delle informazioni che ricavano dalla rete sociale di agenti; come il linguaggio di programmazione è stato scelto Python.

Per gli autori è stato importante lavorare in particolare su alcuni aspetti caratterizzanti e nuovi:
–  definire la conoscenza acquisita dagli agenti come prodotto di componenti distinte: la conoscenza pregressa individuale, l’osservazione del contesto locale ed eventuali stimoli provenienti da agenti connessi;
–  adottare l’imitazione come il meccanismo fondamentale per adattare la conoscenza, prevedendo scenari diversi, dalla pura osservazione del contesto locale e adozione di precauzioni, tipico del caso di epidemie biologiche, all’imitazione del comportamento di gruppi sociali di riferimento, tipico nel caso di dipendenze o la diffusione di idee;
–  prevedere che le variazioni di conoscenza avrebbero potuto comportare sia una riduzione sia un’accelerazione della propagazione del fenomeno virale.

Lo studio ha introdotto elementi di novità nell’ambito dei modelli di coevoluzione dinamica per fenomeni epidemici complessi.

Scenari riconducibili al modello studiato sono molteplici, non solo i casi biologici tradizionalmente considerati dall’epidemiologia, ma soprattutto le molteplici varianti di propagazione di idee, opinioni, rumor, fake news e false credenze all’interno di reti sociali, digitali e non digitali. Un altro scenario interessante e ancora poco studiato riguarda la propagazione di malware in reti di computer, per le quali esiste una coevoluzione tra azioni guidate esclusivamente da tecnologie e reti sociali con le azioni di operatori e utenti.

“Nonostante i limiti dovuto alla modellazione dei fenomeni e all’utilizzo di un modello di rete sociale e di dati artificiali, lo studio fornisce spunti innovativi per l’interpretazione di sistemi complessi che, come la rete, presentano caratteristiche di coevoluzione, ovvero dinamiche che si influenzano vicendevolmente. Capire gli effetti della percezione e della conoscenza che le persone hanno di un fenomeno epidemico è importante per comprendere la dinamica di un sistema sociale complesso, per migliorare.



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