La ciencia ha permitido que el ser humano explote su curiosidad para buscar una solución a los problemas a los que se enfrenta. La creación definitiva para la que algunos denominarían “jugar a ser Dios” tiene nombre e infinidad de aplicaciones: CRISPR-Cas9.
La idea fue emprendida por las investigadoras Jennifer Doudna y Emmanuelle Charpentier, que demostraron con este artículo el potencial que tendría para editar el genoma de nuestras células. En pocas palabras, la herramienta CRISPR-Cas9 es una tijera molecular y a la vez un pegamento, permite cortar a voluntad en el genoma, y remplazar el fragmento extraído por uno que previamente hemos seleccionado. El resultado será una corrección en el genoma que tendrá como consecuencia un cambio en la expresión, consiguiendo así curar una enfermedad, cambiar una característica del individuo, potenciar algún proceso celular o incluso crear un individuo de cero a nuestro gusto.
¿Qué es CRISPR-Cas9 y de dónde surge?
Las siglas de CRISPR hacen referencia a Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, y Cas9 es una de las proteínas de la familia de las nucleasas que está asociada a CRISPR. Pero sin duda lo más curioso sobre esta herramienta de edición genética es su origen.
Los seres vivos poseen diferentes mecanismos para luchar contra las amenazas que ponen en peligro su funcionamiento. Lo que en humanos conoceríamos cómo sistema inmune, también está presente en organismos inferiores cómo las bacterias, obviamente con diferentes naturalezas y funcionamientos pero manteniendo la misma idea: combatir amenazas.
Una vez en este punto, nos encontramos con un curioso mecanismo del que disponen las bacterias para hacer frente a los virus. El proceso transcurre así:
El virus infecta a la bacteria, e intenta apoderarse de la maquinaria celular para llevar a cabo su cometido.
Cuándo la célula reconoce el materia genético exógeno, en este caso del virus, transcribe una molécula de RNA de gran tamaño formada por secuencias palindrómicos y espaciadores (hablaremos de ellos en breve). Se forma un complejo con dicha molécula llamado crRNA que guiará a la nucleasa, en este caso Cas9 hasta la molécula diana, que puede ser el ADN/ARN del virus, produciendo su degradación.
Pero el sistema no se queda aquí, puede extraer parte del genoma del invasor e ingresarlo en el suyo en un conjunto de secuencias conocidas cómo CRISPR.
Con esa información de su parte, la célula será capaz combatir de forma eficiente la próxima invasión de un virus similar.
Cómo si de una tarjeta sanitaria se tratase, la bacteria consigue adquirir inmunidad frente a un virus en cuestión.
Herramientas de edición genética, ¿hasta que punto podemos modificar a los seres vivos?
Rompiendo con la clásica idea de dejarlo todo al azar, la ciencia ha querido dar un paso más allá modificando nuestra ficha de identidad, el ADN, a nuestra voluntad. Por supuesto, existen obstáculos a la hora de cambiar el ADN de un individuo sin tener un riesgo o una consecuencia que no asegure el éxito de la técnica.
Existen infinidad de aproximaciones para cambiar un fragmento en cuestión del ADN, cada una con sus pros y sus contras. Hoy vamos a mencionar algunas de ellas, hasta llegar a nuestra querida CRISPR-Cas9:
Plásmidos y enzimas de restricción: Los plásmidos son pequeños fragmentos circulares cuya función comparte parecido con unCompact Disc. Nos valemos de unas enzimas conocidas cómo enzimas de restricción, que cortarán por sitios específicos del plásmido de forma que controlaremos el corte pudiendo así introducir nuestro fragmento de interés, disponiendo así de una unidad que nos permitirá llevar dicha información al organismo de estudio. Aunque sea una técnica relativamente sencilla y ‘económica’, tiene ciertas limitaciones, pues en la mayoría de organismos no se transfiere horizontalmente y tiene una tasa baja de éxito, pues encontraremos muchos plásmidos vacíos, mal recirculados o que no logran ingresar en la célula. Buenos para trabajar con bacterias o plantas, malos para organismos superiores.
Recombinasas específicas: Otro de los grandes avances en la biotecnología y biología sintética fue las recombinasas específicas de sitio. Estas moléculas corta, pegan o invierten determinados fragmentos del ADN haciendo más sencilla la edición genética. Sin embargo, existen problemas al producirse recombinaciones no específicas fuera de la diana, y por ello siguen estudiándose mejoras para esta técnica.
RNA de interferencia: Se basa en un principio muy sencillo; nuestro organismo considera invasor todo ARN de doble cadena. Si queremos anular o reducir la expresión de una determinada proteína con potencial perjudicial para el organismo, estudiamos su ARN e introducimos su copia inversa, de forma que se genere un complejo de doble cadena por complementación y nuestro organismo lo degrade.
Nucleasas con dedos de zinc: Lo más interesante de esta técnica fue el secretismo en el que se mantuvo esta técnica antes que se publicara cualquier información útil para su uso. Es una técnica muy polivalente, pues nos valemos de las propiedades de los dedos de zinc para reconocer secuencias de ADN específicas en todo el genoma. Una vez reconocida la secuencia, la nucleasa cortará la doble hebra de ADN cerca de la diana, de forma que por recombinación homóloga se puedan introducir ADN de una hebra silvestre. De esta forma podemos corregir mutaciones que causen enfermedades con una alta eficiencia. En este estudio puedes ver un poco más sobre sus aplicaciones, utilizándose en diferentes organismos modelo para revertir la información genética.
Existen muchas más técnicas de edición genética, cómo las que emplean bacteriófagos, transgénesis clásica, o incluso usando cromosomas artificiales.
Del mecanismo de inmunidad bacteriano a la técnica que cambiará la humanidad
Los investigadores encontraron en diferentes microorganismos una serie de repeticiones palindrómicas en el genoma (se leen igual en ambos sentidos) separadas por otras secuencias que más tarde llamarían espaciadores. Antes de las secuencias y espaciadores se encuentra una secuencia flanqueante, conocida cómo secuencia lider. Y por supuesto, en todo este paquete de secuencias no podíamos olvidar los genes Cas, codificantes para un tipo de nucleasas.
Existen 3 subtipos de sistemas con múltiples variantes, que llegan a convivir en los diferentes organismos. Sin embargo, se utilizará el tipo II en la edición genómica ya que solo necesita una proteína Cas9 para trabajar, posee un tracer de RNA que forma un duplex con el crRNA y da estabilidad, una secuencia PAM y por supuesto, una diana sólo para DNA.
En el locus CRISPR se integran unas secuencias que no se seleccionarán al azar, pues dependerán de la presencia de un motivo PAM, adyacente al espaciador. Se forman extremos protuberantes y se integra el espaciador. Para trabajar con CRISPR-Cas9, necesitaremos un hebra simple de ADN que tenga homología y flanquee el sitio de unión de nuestra hebra guía, y por supuesto los genes Cas9.
Las innumerables aplicaciones de CRISPR-Cas9
Actualmente hay un gran consenso para emplear esta técnica con cabeza y mucho cuidado. Ya que es una técnica con pocos efectos fuera de diana, los resultados rozan el éxito total, de forma que se puede decir que tiene una puesta en campo bastante cercana.
En este estudio muestran cómo CRISPR-Cas9 podría ayudar a establecer un modelo estable de estudio de los tumores cerebrales. Otro estudio en el que logra acabar con una enfermedad genética en ratones, e incluso un estudio que muestra cómo logra tratar la inmunodeficiencia.
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