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CRISPRCAS9 LA CURIOSIDAD MUEVE A LA HUMANIDAD

UNAM Global

En años recientes, entre la comunidad científica se ha hablado mucho de la ingeniosa y sorprendente tecnología CRISPR-Cas9. Esta tecnología nos ha llevado a una verdadera revolución en la medicina genética.

De acuerdo con Fernando López Casillas, investigador del Departamento de Biología Celular y del Desarrollo en el Instituto de Fisiología Celular de la UNAM, la tecnología CRISPR-Cas9 está a la altura del fuego de Prometeo porque es una herramienta tan poderosa que nos permite manipular el ADN (ácido desoxirribonucleico) con una precisión y velocidad que antes ni siquiera soñábamos.

Por ejemplo, científicos del Centro Max Delbrück de Medicina Molecular (MDC) en la Universitätsmedizin Berlin preparan un ensayo clínico para tratar la distrofia muscularhereditaria, enfermedad causada por un gen defectuoso.

Los investigadores buscan tomar células madre musculares del paciente enfermo, corregir con CRISPR-Cas9 los genes defectuosos y reinyectar en los músculos las células tratadas para que puedan proliferar y formar nuevo tejido muscular.

Pero, esta técnica también les ha dado una nueva esperanza a quienes necesitan un trasplante que pueda salvarles la vida.

Como sabemos, en todo el mundo hay una crisis de órganos para trasplantes; en el caso de México, se calcula que más de 23 mil personas están en lista de espera para un trasplante.

Frente a este problema, un equipo de científicos y cirujanos de la Facultad de Medicina de la Universidad de Maryland realizaron en un adulto el primer trasplante exitoso de un corazón proveniente de un cerdo.

Para hacer posible el trasplante, con la tecnología CRISPR-Cas9, el equipo modificó genéticamente el corazón del animal donador para eliminar tres genes y evitar el rechazo por parte del sistema inmune humano.

Pero eso no fue todo. Los científicos también insertaron en el genoma porcino seis genes humanos responsables de la aceptación inmunológica del corazón.

Por último, se eliminó un gen en el cerdo para evitar que el tejido del corazón creciera de manera excesiva una vez trasplantado.

Parece ciencia-ficción, pero ha sido el esfuerzo no de unos cuantos médicos e investigadores, sino una batalla histórica en la que los únicos ganadores han sido los más curiosos, los que durante muchos años han acumulado información del mundo que nos rodea. Pura ciencia básica, no ciencia-ficción.

Ácido desoxirribonucleico

Al ser organismos diploides, cada célula humana contiene dos copias de nuestro genoma, que es la colección completa del ADN, es decir, la información necesaria para desarrollar y dirigir las actividades del organismo. Aunque cada ser vivo tiene un genoma, su tamaño varía entre cada especie. En los seres humanos el genoma consiste de 23 pares de cromosomas.

Para describir un genoma uno podría compararlo con una enciclopedia, en el caso del genoma humano, de 23 tomos (cromosomas). En esta analogía, el genoma estaría conformado por todos los libros de la colección, cada uno escrito en forma de nucleótidos (letras) que se pueden agrupar en genes (capítulos), que son regiones que codifican para una proteína específica.

El genoma humano

Un esfuerzo internacional llamado Proyecto del Genoma Humano estimó que los humanos tenemos aproximadamente 30 mil capítulos completos (genes) repartidos entre los distintos tomos (cromosomas).

El gen es la unidad funcional y física de la herencia. Son segmentos de ADN que contienen la información para elaborar una proteína específica.

Cada gen, como los capítulos de un libro, varía de tamaño, desde unos cientos de bases nucleotídicas hasta más de dos millones de bases.

Pero todo se complica, comenta López Casillas, porque al finalizar el Proyecto Genoma Humano, el 31 de marzo del 2022, se encontró que el genoma humano consiste de unos 3 mil millones de “letras”, aunque sólo dos por ciento de todo el código genético está conformado por los genes que codifican proteínas.

El 98 por ciento restante son secuencias de ADN no codificante, lo que significa que esa información no se utiliza en la producción de proteínas.

Pero, algunos son componentes que regulan el funcionamiento de otros genes, otros son pseudogenes o reliquias genómicas que han perdido su funcionamiento, y muchos otros son secuencias repetitivas.

Con el genoma humano completo y sin lagunas sabemos que los genes no sólo determinan cómo nos vemos o somos como individuos y como especie, también tienen un profundo efecto en nuestra salud.

Con la tecnología de CRISPR-Cas9 se ha podido determinar cuál es el sitio exacto del genoma que interviene o regula una función del organismo o qué sucede cuando esa región específica está dañada.

El siguiente paso en la edición de genes CRISPR será alterar esa pieza del ADN sobre un diseño específico o “a la carta”.

Orígenes del CRISPR

La tecnología CRISPR ha tenido una larga evolución. De acuerdo con López Casillas, sus orígenes ocurrieron en el campo de la ciencia básica.

Al estudiar ciertos genes bacterianos enigmáticos, engranajes correspondientes a un sistema de defensa que, se creía, solo ocurría en animales, se encontró un sistema que opera como un sistema inmune adaptativo.

Esto significa que las bacterias tienen una manera de “inmunizarse” contra reinfecciones por bacteriófagos (virus que infectan exclusivamente a bacterias) con los que ya habían estado en contacto.

Estos virus poseen material genético (ADN) cubierto por una cápsula (o cápsida). Una vez dentro de la bacteria infectada, el ADN del virus toma el control de la maquinaria molecular bacteriana para multiplicarse hasta dañar completamente a la bacteria y salir a infectar a otras bacterias.

Para defenderse de estos “ataques”, las bacterias poseen en su genoma una región llamada CRISPR, siglas que se traducen como Repeticiones Palindrómicas Cortas Agrupadas a Intervalos Regulares.

El mecanismo mediante el cual el sistema CRISPR/Cas codifica un sistema inmune adaptativo consta de 3 fases:

Adaptación. Es la incorporación del ADN del virus a la región CRISPR de la bacteria. El virus infecta a la bacteria al inyectar su ADN;, el elemento Cas (del inglés CRISPR-associated) reconoce a la molécula extraña e integra un fragmento de esta molécula en el locus CRISPR.

Biogénesis. Transformación del ADN bacteriano en una molécula crRNA.

De igual modo se transcribe otro RNA corto, llamado tracrARN, que sólo sirve para ensamblar la crRNA-ADN en el sitio activo de la proteína Cas9. De esta forma, se genera el complejo tracrARN-crARN-Cas9 (complejo CRISPR-Cas9).

Interferencia. En una reinfección, el ADN del virus coincide con CRISPR lo que causa el corte del ADN inhabilitando al virus.

Todos estos pasos ocurren de manera natural, explica López Casillas, pero esta situación ha sido simplificada y adaptada para su uso en prácticamente cualquier célula viviente gracias al trabajo de Jennifer Doudna y Emmanuelle Charpentier, ganadoras del Premio Nobel de Química 2020, y de Feng Zhang.

Doudna y Charpentier, explica el profesor López Casillas, diseñaron y conjuntaron en un único ARN, denominado sgARN (single guide RNA o ARN guía), la función de los tracrARN y crARN, evitando el paso de maduración (por la RNAasa III).

De esta manera se puede diseñar un sgARN específico para el ADN de su elección, y al inyectarlo en el núcleo de un eucarionte junto con su Cas9, éste reconocerá el sitio por complementariedad de bases y cortará ambas cadenas de ADN.

De esta manera ahora contamos una unas “tijeras perfectas” capaces de “inactivar” un gen específico, “a la carta”.

Un ejemplo de esta herramienta es la investigación que se realiza en el laboratorio de López Casillas; ahí, junto con su equipo se dedican a estudiar el receptor tipo 3 para el factor de crecimiento celular llamado TGF-β (del inglés Transforming Growth Factor Beta) que controla numerosos procesos celulares, que incluyen la supervivencia celular, proliferación, migración y diferenciación, así como la respuesta inmune y la embriogénesis.

El equipo realiza mutaciones específicas en el gen que codifica para este receptor, que sirve para mediar los efectos del factor, de manera que los inactivan creando organismos knock out.

Esto lo hacen en el pez cebra mediante inyecciones en los embriones del pez (co-inyectan un sgARN y el mARN que traduce la proteína Cas9), de tal manera que pueden observar in vivocómo estas modificaciones actúan o intervienen en el desarrollo del pez.

“La ventaja de la Cas9 es que puedes modificarla para que haga lo que uno desea al diseñar una adecuada guía (sgARN), de manera que podemos cortar, reparar, insertar una secuencia específica de ADN o detener un proceso bioquímico, como la transcripción, y que no se manifieste la enfermedad genética, todo con asombrosa precisión, de ahí el nombre de ‘tijeras mágicas moleculares’”.

“La clave es tener mucha información del fenómeno que quiero modificar”, comenta el investigador. “La investigación es así, un ejercicio intelectual en el que a veces no obtenemos los resultados que esperamos, pero lo importante es ir sumando información, ‘conocimiento humano’. Por ejemplo, en la región CRISPR bacteriana, donde empezaron a investigar por pura curiosidad, con la mente abierta, encontraron algo completamente inesperado”, dijo López Casillas.

“La lección del CRISPR-Cas9 es que nunca hay que descuidar la ciencia básica porque es lo que nos permite hacer observaciones aparentemente inútiles, como saber por qué esas bacterias tienen secuencias repetitivas; si alguien se preocupa por ese tipo de investigación en la que el objetivo es entender la naturaleza, comprender los mecanismos mediante los cuales funciona, eso nos va a servir como herramientas que nos permitan manipularla; tarde o temprano uno se puede topar con algo insospechado e increíble”, concluyó el investigador del Instituto de Fisiología Celular de la UNAM.

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