Il primo calamaro modificato geneticamente rappresenta una svolta biologica

Recentemente, un gruppo di scienziati marini è riuscito a progettare il primo calamaro geneticamente modificato utilizzando lo strumento di editing del DNA CRISPR. Oltre ad essere una grande pietra miliare in biologia, il progresso ha potenziali implicazioni per la salute umana: a causa del loro grande cervello, i cefalopodi vengono utilizzati per studiare malattie neurodegenerative come l’Alzheimer e il Parkinson.

La capacità di modificare i geni di questi animali potrebbe aiutare gli scienziati a studiare i geni coinvolti nell’apprendimento e nella memoria, nonché i comportamenti specifici dei cefalopodi. Rosenthal e i suoi colleghi hanno utilizzato CRISPR per eliminare un gene responsabile della colorazione della pelle del calamaro. Di conseguenza, i calamari modificati erano trasparenti invece di avere le loro solite macchie rossastre. I risultati sono stati pubblicati sulla rivista Current Biology.

Ma perché preoccuparsi di creare un calamaro incolore? Rosenthal afferma che il gene della pigmentazione era un punto di partenza logico per la sperimentazione. Essere in grado di armeggiare con il DNA dei cefalopodi consentirà agli scienziati di studiare meglio cosa fanno i loro geni individuali a un livello molto elementare. Il risultato non è stato facile. Gli scienziati hanno realizzato con successo topi, scimmie e altri animali da ricerca modificati geneticamente per aiutarli a studiare una serie di comportamenti e condizioni mediche. Ma fino ad ora non erano riusciti a manipolare i geni dei cefalopodi.

Creare embrioni di calamaro in laboratorio

Per prima cosa, gli scienziati avevano prima bisogno di una mappa del genoma del calamaro per trovare il posto preciso nel suo DNA che volevano modificare. Il genoma del calamaro è stato completato solo di recente, sebbene non sia stato ancora pubblicato in una rivista. I ricercatori avevano anche bisogno di un modo per creare embrioni di calamaro in laboratorio e modificarli senza causare danni.

La coautrice Karen Crawford, biologa dello sviluppo al St. Mary’s College del Maryland che studia gli embrioni animali, ha trovato un modo per mescolare le uova di un calamaro femmina e lo sperma di un calamaro maschio nelle condizioni appropriate per formare embrioni.

Quindi, il team ha dovuto capire come iniettare il sistema CRISPR negli embrioni. Il rivestimento degli embrioni di calamaro rende difficile la penetrazione con un ago. Quando il team ha provato a iniettare gli embrioni, i loro aghi hanno continuato a rompersi. Crawford ha sviluppato un paio di microforbici per tagliare un piccolo foro nel rivestimento per consentire a un ago di quarzo appositamente realizzato di entrare. Farlo è stato particolarmente complicato: un buco troppo grande può far fuoriuscire l’embrione. Ma usando la tecnica di Crawford, hanno iniettato con successo CRISPR negli embrioni subito dopo la fecondazione senza alcun danno.

Il fascino scientifico del calamaro

I ricercatori hanno utilizzato una specie chiamata calamaro costiero pinna lunga, che migra verso le acque al largo di Cape Cod ogni primavera. Per decenni, gli scienziati si sono recati a Woods Hole, sulla punta sud-ovest di Cape Cod, per raccogliere e studiare questi animali. La ricerca su di essi ha portato a scoperte rivoluzionarie sugli impulsi nervosi che hanno vinto il Premio Nobel nel 1963 . Ma i calamari a pinna lunga non possono vivere a lungo in un laboratorio perché diventano troppo grandi. In futuro, i ricercatori proveranno a utilizzare la loro tecnica di modifica genetica su specie più piccole di calamari che possono essere coltivate più facilmente in vasche.

Vogliono anche utilizzare CRISPR per monitorare l’attività neurale del calamaro. La tecnica può essere utilizzata per inserire un cosiddetto gene “reporter”, che produce una proteina fluorescente che si accende quando il sistema nervoso è elettricamente attivo. Se possono farlo, gli scienziati potrebbero studiare la struttura del cervello coinvolta nell’incredibile capacità di mimetizzazione di questi animali. I calamari usano la loro vista eccezionale e un tipo di cellula della pelle chiamata cromatofori per cambiare quasi istantaneamente il loro colore per nascondersi dai predatori. Queste cellule specializzate sono collegate al sistema nervoso.

Gli scienziati sono anche affascinati dalle ventose che rivestono i tentacoli flessibili degli animali. Questi succhiatori possono percepire il loro ambiente ed elaborare tutti i tipi di informazioni sensoriali, consentendo essenzialmente ai cefalopodi di “pensare” i tentacoli. Ma a causa della loro intelligenza avanzata, la manipolazione genetica di questi animali comporta questioni etiche. In Canada e in Europa, la ricerca sui cefalopodi è altamente regolamentata, ma negli Stati Uniti non esistono tali protezioni. Da parte sua, il Laboratorio Biologico Marino ha elaborato le proprie linee guida sull’uso etico e umano dei cefalopodi nella ricerca.

Scrivendo sulla rivista Animal Sentience nel 2019, gli scienziati Barbara King e Lori Marino hanno sostenuto che gli scienziati dovrebbero considerare il trattamento di questi animali quando li usano per la ricerca. “Ironia della sorte, la maggior parte dei ricercatori che conducono studi sui polpi indicano i loro cervelli grandi, complessi e sofisticati come ragioni per volerlo studiare, trascurando completamente il fatto che questo potrebbe essere proprio il motivo che dovrebbe darci una pausa”, hanno detto. Quando i ricercatori iniziano ad alterare il codice genetico di questi animali, dovranno considerare fino a che punto dovrebbero spingersi.