CRISPR: El patchwork genético

La frontera que separa ciencia y ficción es cada día más delgada gracias a los avances tecnológicos y biomédicos. Ficciones como GATTACA o Un mundo feliz nos resultan cada vez más próximas a nuestra realidad. Y es que, señores, no hay duda de que estamos en la era de la Genética. Y si tenemos que buscar un culpable, CRISPR tiene todas las papeletas para serlo.

¿Qué es CRISPR?

Seguro que no es la primera vez que lees estas siglas. Pero, ¿sabes lo que significan? CRISPR son las iniciales de Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, o si lo prefieres en castellano, Repeticiones Palindrómicas Cortas Agrupadas y Regularmente Interespaciadas. Ya sea en inglés o en castellano, tengo la impresión de que esta definición no ha sido muy reveladora. Así que, ¡vamos a por una explicación más sencilla!

Andy Warner (The Nib / Bad Blood)

Las CRISPR son secuencias de ADN que se encuentran en una zona concreta del genoma de las bacterias. ¿Y qué las hace tan especiales? En primer lugar, que estas secuencias aparecen repetidas a lo largo del ADN. Pero hay algo aún más interesante, y es que entre secuencia y secuencia aparecen fragmentos de ADN llamados espaciadores que -aquí viene lo bueno…- ¡son fragmentos de ADN viral! Es decir, podríamos definir a CRISPR como un sándwich molecular en el que las rebanadas de pan estarían formadas por las secuencias repetidas y el relleno, sería un suculento ADN viral.

Y te preguntarás, ¿qué pinta un virus aquí? El equipo del científico alicantino Francisco Mojica se hizo la misma pregunta y propuso una asombrosa teoría que posteriormente sería confirmada: CRISPR es un sistema de inmunidad adquirida de las bacterias.

¿Cómo actúa este sistema?

Esta estrategia de defensa necesita dos actores: las secuencias CRISPR, a las que ya hemos presentado, y una familia de proteínas llamadas Cas (siglas de proteínas asociadas a CRISPR). En conjunto forman el sistema CRISPR/Cas, un auténtico ejército que protege a las bacterias de invasores extraños. Para ello, ponen en marcha un plan infalible que desarrollan en 3 etapas:

  1. Adaptación. Cuando un virus infecta a una bacteria dispuesto a hacer de las suyas, entra en acción un complejo de proteínas Cas. Su función es recoger un fragmento del ADN viral e integrarlo en el genoma de la bacteria. Es decir, Cas actúa como una especie de policía que toma la huella dactilar de un delincuente (el ADN del virus) para incorporarlo a su registro de malhechores (el genoma de la bacteria). Pero ojo, esta incorporación no se produce en un sitio al azar. Las proteínas Cas rastrean el ADN hasta localizar las secuencias repetidas, realizan un corte en esa región y así hacen hueco para incrustar el fragmento de ADN viral.

  2. Expresión. En el siguiente paso, la bacteria sintetiza una molécula de ARN complementaria al ADN viral. El hecho de que sean complementarias implica que cuando se encuentren, se fusionarán como las piezas de un puzzle. El ARN recién sintetizado se unirá a una proteína Cas, formando un combo llamado complejo efector. Digamos que se trata de un segundo policía que, en su ARN, lleva la orden de búsqueda y captura del malvado delincuente.

  3. Interferencia. Cuando el mismo virus que infectó inicialmente a la bacteria vuelve a atacar, este sistema es capaz de identificarlo inmediatamente. El ARN del complejo efector se une al ADN viral y lo inmoviliza. Cas saca su arma secreta (la actividad endonucleasa) y recorta el nuevo ADN viral en trocitos para que quede completamente inutilizado.

Bhaya et al. (2011) Annu Rev Genet 45:273–97

La revolución genética

Ya sabemos cómo se protegen las bacterias, pero ¿por qué el sistema CRISPR/Cas ha supuesto una revolución genética? La respuesta a esta pregunta tiene nombre de mujer o, más bien, de mujeres. Emmanuelle Charpentier y Jennifer Doudna eran directoras de dos equipos que rápidamente vieron el potencial de este sistema. Estas investigadoras creyeron que era posible utilizar esta maquinaria bacteriana para editar el genoma a nuestro antojo. Hoy día, esta teoría es ya una auténtica realidad. Gracias a los superpoderes de CRISPR (reconocer secuencias muy específicas del genoma y realizar cortes en el ADN), podemos silenciar genes o modificar su secuencia para que funcionen como nosotros queramos. Y para ello, sólo necesitamos seguir la siguiente receta:

  1. Decide qué zona del genoma quieres modificar y construye una secuencia de ARN (ARN guía) que sea complementaria a esa región.

  2. Fusiona el ARN guía con una proteína Cas (la más utilizada es Cas9). Ahora tienes un complejo efector personalizado capaz de reconocer específicamente tu gen de interés.

  3. Introduce tu complejo efector en la célula que quieras modificar. Cas9 se pondrá manos a la obra y escaneará el genoma de la célula hasta que encuentre el gen objetivo.

  4. Cuando el ARN guía se une a su diana, Cas9 realiza un corte en el ADN. En este punto, dependiendo de nuestro objetivo, existen dos opciones:

    • Si queremos silenciar el gen, el corte genera un error que hace que las instrucciones dejen de tener sentido. Interpretar ese gen sería como tratar de leer una palabra a la que se le han borrado algunas de sus letras.

    • Si queremos modificar el gen, se puede aprovechar el corte para incluir en el medio una nueva secuencia que nos interese. Esto permite reescribir el gen a nuestro gusto, de la misma manera que utilizamos las herramientas “cortar” y “pegar” cuando escribimos un documento de Word.

Un universo de posibilidades…

La gran ventaja de este sistema es que una única enzima (Cas9) permite modificar cualquier zona del genoma de cualquier organismo. Lo único que tenemos que modificar en cada caso es la secuencia de nuestro ARN guía, algo que a día de hoy es una tarea bastante fácil. Por eso, CRISPR se ha convertido en una técnica sencilla, eficaz y barata con tantas aplicaciones como podamos imaginar.

La investigación ha sido la primera en aprovecharse de esta herramienta. Y es que, la edición genética permite crear modelos celulares o animales para estudiar la función de un gen o el desarrollo de una enfermedad concreta.

Por supuesto, se ha hablado mucho de las aplicaciones terapéuticas de CRISPR. Imagina una enfermedad genética causada por un defecto en la secuencia de un gen. En teoría, podríamos utilizar CRISPR/Cas para reparar ese defecto, de manera que la enfermedad desaparecería.

…pero con limitaciones

Este sistema, aunque prometedor, aún está en su primera etapa de vida. Por eso, hay que superar algunas barreras que impiden aprovechar al máximo esta tecnología.

En primer lugar, la especificidad de CRISPR/Cas no es total. Aunque el ARN guía trata de dirigir el sistema de corte hacia una región muy concreta, a veces puede fallar y provocar cortes al azar. Como te puedes imaginar esto podría tener consecuencias catastróficas…

Por otra parte, aunque curar una enfermedad genética suena tentador, en la práctica no es tan sencillo. Si un adulto padece una enfermedad debida a una mutación genética presente en todas las células de su cuerpo, CRISPR/Cas no podría repararlas todas. Entonces, ¿cuál sería la solución? Si la enfermedad afectara a un órgano concreto, tal vez sería suficiente con modificar una pequeña proporción de células de ese órgano. Pero claro, con esto reducimos el abanico de enfermedades con las que podríamos acabar. Otra opción sería realizar la modificación antes de que el individuo sea un adulto, es decir, directamente en un embrión. En este caso las limitaciones técnicas serían menores, pero nos enfrentamos a cuestiones éticas que no podemos ignorar. ¿Recuerdas la noticia del pasado diciembre sobre el científico chino que modificó el ADN de dos embriones? Te invito a leer esta entrevista al experto en CRISPR Luís Montoliu en la que explica por qué ese experimento no fue una buena idea.

Otra posible limitación de CRISPR es que el propio sistema inmune de las personas podría reconocer a Cas9 como extraña y atacarla, impidiendo que lleve a cabo su función. Resulta irónico, pero ya sabíamos que las bacterias no son las únicas que cuentan con un sistema de defensa eficiente.

Con limitaciones o no, está claro que CRISPR ha llegado para quedarse y algo me dice que va a darnos mucho de qué hablar en este blog…

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