La tecnología del futuro: CRISPR CAS

Se sabe que el ADN es la molécula que almacena la información genética, cada una de las funciones y características que distinguen a un individuo, y que está compuesta por 4 nucleótidos: la adenina (A), la citosina (C), la guanina (G) y la timina (T). La sola combinación de estas cuatro letras a lo largo del ADN genera un código capaz de descifrarse, y el ser conocedor de éste te da el poder de entender de qué manera funciona y llevarte al siguiente paso: el de manipularlo.

De igual manera que un ingeniero en sistemas desarrolla códigos a partir de un sistema binario (0,1) para que las máquinas realicen distintas funciones, codificar el ADN a partir de un sistema de cuatro letras (A, C, G y T) permite que un organismo vivo actúe en base a cómo se lo codificó y programó. Pero ¿a través de qué mecanismos se logra modificar el ADN de un organismo? Para lograrlo se necesitan de unas tecnologías llamadas “tijeras moleculares”, que logren cortar este ADN en regiones específicas ya sea para eliminar un fragmento o para introducir uno nuevo. En un principio se utilizaban las tecnologías denominadas nucleasas dedos de Zinc y las TALEN (nucleasas efectoras de tipo activador de transcripción) pero fueron finalmente reemplazadas por el sistema de CRISPR-Cas debido a la facilidad de su síntesis, el precio de mercado, su efectividad y precisión en los cortes de ADN.

¿Cuál es su utilidad?

Tal como comenta Claes Gustafsson, presidente del Comité Nobel de Química, “Hay un poder enorme en esta herramienta genética, que nos afecta a todos. No solo ha revolucionado la ciencia básica, sino que también ha dado lugar a cultivos innovadores y dará lugar a nuevos tratamientos médicos innovadores”, esta tecnología es muy versátil y puede utilizarse con múltiples objetivos: en ciencia básica para crear modelos que faciliten el estudio y en ciencia aplicada en distintos campos:

• En biotecnología animal se han desarrollado cerdos modificados para el trasplante de órganos con ausencia de ciertos genes para evitar el rechazo inmunológico, vacas capaces de sintetizar productos farmacéuticos en la leche, se han logrado reducir el número poblacional de especies que causan enfermedades endémicas como los mosquitos con el dengue modificándolos y causándoles infertilidad.
• En biotecnología vegetal se han desarrollado plantas modificadas de interés comercial resistentes a las condiciones climáticas, a fertilizantes, se han desarrollado vacunas vegetales, y creado flores con la pigmentación deseada.
• En biotecnología de los microorganismos por ejemplo se han modificado genomas de bacterias de interés en la industria para economizar procesos, o para la producción de biodiesel.
• También se están desarrollando mecanismos para curar enfermedades, como terapias génicas en donde se intenta eliminar en los pacientes genes causantes de la enfermedad que padecen o intercambiar una mutación por la secuencia correcta, o incluso insertar un gen para aumentar su expresión, en el caso de la insulina en pacientes diabéticos, por ejemplo. Por otra parte, existen infecciones bacterianas resistentes a antibióticos, y una posible forma de hacer frente a esto sería generar virus modificados genéticamente dirigidos para atacar específicamente al tipo de bacteria que genera la infección.

Su descubrimiento

Para sorpresa de todos, el sistema CRISPR-Cas no es tan nuevo como se podría llegar a pensar, fue descubierto en genomas bacterianos y de archeas hace más de tres décadas en 1987 por el biólogo Yoshizumi Ishino. Este investigador observó en el genoma de estos microorganismos la presencia de secuencias de ADN repetidas (secuencias CRISPR) interrumpidas por un ADN espaciador. Pero ¿Para qué servía este sistema en realidad? Luego de varias hipótesis, se descubrió que cuando un virus infectaba a la bacteria o archea; el sistema funcionaba como guía hacia el genoma viral y unas tijeras moleculares proteicas lo cortaban eliminando al virus. Por lo tanto, este sistema actuaba como un mecanismo de defensa, o como una suerte de sistema inmune antiviral.

En qué consiste CRISPR-Cas9

Si bien existen seis tipos de sistemas CRISPR-Cas, el mejor caracterizado y utilizado en edición génica es el de tipo II (CRISPR-Cas9). Consiste básicamente de una región de ADN formada por dos tipos de secuencias: secuencias repetitivas y entre cada repetición, una secuencia espaciadora que es complementaria a la secuencia del Virus, es decir, que puede adherirse a una región específica del virus. Cada secuencia repetitiva + una secuencia espaciadora se transcribe a ARN (Ácido Ribonucleico) formando un crARN que a su vez se combina con otro ARN (Trans-ARN) formando un ARNguía. Este complejo es dirigido hacia una región específica del virus gracias a la secuencia espaciadora y una proteína, la caspasa 9 (Cas9) funciona como tijera clivando el genoma del virus solo si esa región está adyacente a secuencias cortas llamadas “PAMs”.

A raíz de este descubrimiento, en el año 2012 las investigadoras Emmanuelle Charpentier y Jennifer A. Doudna le encontraron un potencial uso al sistema CRISPR-Cas9 (tipo II) adaptándolo como una tecnología muy importante para el campo de la edición génica, lo cual les significó un premio nobel de química compartido en 2020. Lograron demostrar que diseñando un ARNguía direccionado para una región de interés, la caspasa 9 podía cortar el ADN de esta región eliminando la funcionalidad de ese fragmento, y que, si además se aplica una secuencia extra de ADN que funciona como molde, se pueden añadir fragmentos con información, modificando el ADN de cualquier organismo.

Actualmente, se han desarrollado variantes de la CRISPR-cas9 que no editan la secuencia de ADN en sí, sino que se utilizan como guías hacia una región específica y alteran la expresión del gen o los genes presentes en dicha región (los activan o desactivan), o fusionan proteínas a esa región como por ejemplo una proteína fluorescente para localizar en qué región del genoma se encuentra presente esa secuencia específica.  ¿Hacia dónde más nos imaginamos que podría llegar esta tecnología?