CRISPR: qué es y por qué es tan importante.

Quizá habrás visto últimamente en las noticias una de las últimas piezas más importantes y revolucionarias de la ingeniería biomédica, la cual permitiría solventar numerosos problemas a escala mundial, como la malaria, resistencia de antibióticos o cáncer, el CRISPR. Pero, ¿qué es en realidad esto y cómo funciona?

CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, por sus siglas en inglés), se traduce en español a Repeticiones Palindrómicas Cortas y Regularmente Interespaciadas. El nombre puede parecer largo y complicado, pero entender la tecnología no es así. Las secuencias CRISPR y sus genes asociados (Cas) son una parte importante del genoma de algunas bacterias, formando parte de su sistema inmune adaptativo. A través de esto, ellas impiden el paso de material genético invasor (de virus o plásmidos) a su propia cadena de ADN, evitando así ser infectadas.

Tres tipos de mecanismos del CRISPR/Cas han sido identificados, del cual el tipo II es el más estudiado:

 

Imagen cortesía de: NEB expressions Issue I, 2014. Disponible en: https://www.neb.com/tools-and-resources/feature-articles/crispr-cas9-and-targeted-genome-editing-a-new-era-in-molecular-biology  

En la imagen anterior podemos apreciar en parte este mecanismo en los microorganismos, en donde el ADN invasor es cortado en porciones pequeñas de aproximadamente 20 nucleótidos y son implantados dentro de la cadena CRISPR. Ahora, este “loci” o parte del ADN se transcribe junto con las regiones crRNA, las cuales ayudan a guiar este transcrito hacia las enzimas Cas que actúan como “tijeras” y permiten así destruir el ADN invasor.

No obstante, ¿cómo es que un mecanismo milenario, del sistema inmune de microorganismos mucho menos evolucionados que nosotros, podría servirnos de utilidad? Allí es donde la ciencia se torna complicada y la perspicacia y creatividad de los numerosos científicos que llevan ya un par de años trabajando en esto se hace presente.

Como sabemos, su uso se centra en la edición genómica, siendo uno de los cuatro principales métodos utilizados dentro de esta tecnología (entre otros, meganucleasas, ZFNs y TALEN). Actualmente, el mecanismo más utilizado corresponde al del Streptococcus pyogenes ha sido adaptado para inducir edición genómica específica; para esto se necesitan, como ya vimos anteriormente, componentes específicos que corresponden al Cas9 (las tijeras), al gRNA (las manos) y la secuencia de ADN que se quiere modificar (el pedazo de papel).

Imagen cortesía de: Joung, J. K., & Sander, J. D. (2014). CRISPR-Cas systems for editing, regulating. Nature Biotechnology.

En la imagen anterior podemos apreciar cómo se puede aplicar esta tecnología para editar genes específicos de una cadena de ADN. Allí tenemos nuestras “manos” (gRNA) las cuales guían a las “tijeras” (Cas9), las cuales se dirigen hacia el “pedazo de papel” (segmento de ADN) que quieren cortar, con el objetivo de eliminar una secuencia de nucleótidos específica, que tendrá consecuencias metabólicas específicas; o mejor dicho, para así poder crear nuestras propias obras de arte con nuestros propios cortes de papel.

¿Qué resultados nos trae?, como sabemos el ADN o ácido desoxirribonucleico es una doble cadena de nucleótidos encargada de la síntesis de proteínas. Dependiendo de las necesidades metabólicas de la célula, ciertas “loci” o partes del ADN son expresados, principalmente algunas partes de las cadenas que se conocen como genes, encargados de producir proteínas, las cuales tendrán diferentes funciones dentro de la célula. Entonces, al cambiar o modificar ciertos genes la expresión de proteínas va a ser distinta y por lo tanto las funciones de la célula van a variar.

Un ejemplo muy claro de esto corresponde a un medio para evitar la malaria. La malaria o paludismo es una enfermedad producida por parásitos del género Plasmodium, las cuales tienen como vector a mosquitos del género Anopheles, es una de las principales causas de muerte en el mundo, afectando a millones de personas en el mundo y llevando una gran carga en los bolsillos de muchos países a nivel mundial. La tecnología CRISPR podría impedir que estos vectores sean infectados por el Plasmodium, evitando así la propagación de la enfermedad.

Gantz, Janskiense et al (2015) elaboraron un modelo de gene-drive o propagación de genes, el cual evita la infección del Anopheles stephensi (principal vector de la malaria en Asia), con una capacidad de propagación a la descendencia 99,5%. Sin embargo, el principal vector de la malaria corresponde al Anopheles gambiae (principal vector en África) y el mecanismo ideado por Andrew Hammond et al, (2015) atacaría directamente el mecanismo de reproducción de las hembras de este mosquito, produciendo infertilidad en éstas y pudiendo ser capaz de producir la erradicación completa de la especie en un corto período de tiempo.

Sin embargo, las obvias consideraciones éticas sobrevienen un debate que años llevan las tecnologías de edición genómica, incluso desde mucho antes de la oveja “Dolly”: ¿Deberíamos realizar estas acciones?, ¿Es correcto jugar a ser dioses?, ¿qué consecuencias negativas podrían traer consigo la utilización de estas tecnologías? Sólo el tiempo lo dirá. Los resultados positivos ya están a la vuelta de la esquina y traer todo esto a la luz pública es quizás lo más positivo que podemos realizar para abrir este debate.

Autor:

Rafael Pinto

Referencias bibliográficas.

Flores, J. (s.f.). Los orígenes bacterianos de la edición del genoma. La Jornada.

Gantza, V. M., Jasinskieneb, N., Tatarenkovab, O., Fazekasb, A., Maciasb, V. M., Biera, E., & James, A. A. (2015). Highly efficient Cas9-mediated gene drive for population modification of the malaria vector mosquito Anopheles stephensi. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America.

Hammond, A., Galizi, R., Kyrou, K., Simoni, A., Siniscalchi, C., Katsanos, D., Nolan, A. C. (2016). A CRISPR-Cas9 gene drive system targeting female reproduction in the malaria mosquito vector Anopheles gambiae. Nature Biotechnology, 78-83.

Joung, J. K., & Sander, J. D. (2014). CRISPR-Cas systems for editing, regulating. Nature Biotechnology.

Reis, A. (2014). CRISPR/Cas9 and Targeted Genome Editing: A New Era in Molecular Biology. NEB expressions Issue I.

Links de utilidad:

Estudio de Andrew Hammond (¡muy interesante!): http://www.nature.com/nbt/journal/v34/n1/full/nbt.3439.html

Artículo que explica el mecanismo de CRISPR a mayor detalle: https://www.neb.com/tools-and-resources/feature-articles/crispr-cas9-and-targeted-genome-editing-a-new-era-in-molecular-biology

Artículo que comenta las consecuencias éticas de las tecnologías gene-drive y CRISPR: https://www.technologyreview.com/s/601213/the-extinction-invention/

Estudio de Gantz y Jasinskiense, para el Anopheles stephensi: http://www.pnas.org/content/112/49/E6736.abstract