Edición del DNA

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Recientemente se ha estrenado una película llamada en inglés Rampage (devastación en español) en la que se menciona el tema de edición de DNA para poder generar animales modificados genéticamente con características extraordinarias, que fueron tomadas de otras especies. Otra película un poco antigua es la de GATTACA en donde los hijos pueden ser editados genéticamente en su concepción y así poder elegir el sexo, color de ojos, cabello, piel y conferirles mejoras genéticas para aumentar su desempeño.
Uno pensaría que esto es imposible o muy fantasioso, sin embargo, no es una idea descabellada y sí es posible llevar a cabo este tipo de modificación. Desde hace algunos años la ingeniería genética ha generado animales y plantas transgénicas. Actualmente una de las tecnologías en auge para poder realizar la edición del DNA es la tecnología CRISPR/CAS, la cual tiene origen en las bacterias y fue descubierta por el microbiólogo español Francis Mojica; este es un sistema de defensa natural de bacterias y microorganismos contra agentes externos como plásmidos y fagos. Las funciones de CRISPR (Repeticiones Palindrómicas Cortas Intermedias Interespaciadas Agrupadas) y los genes asociados a CRISPR (Cas) son esenciales en la inmunidad adaptativa en bacterias y arqueas seleccionadas, permitiendo que los organismos respondan y eliminen el material genético invasor.

Las investigadoras Doudna y Charpentier exploraron de forma independiente las proteínas asociadas a CRISPR con la finalidad de entender como las bacterias utilizaban a los espaciadores en sus sistemas inmunes. Ambas estudiaron un sistema CRISPR junto con la proteína Cas9. Encontraron que estas bacterias responden ante un fago transcribiendo estos espaciadores y DNA palíndromo en una larga molécula de RNA y que entonces la célula utiliza un RNA llamado Trans-activating crRNA (tracrRNA) y a la proteína Cas 9 para cortarla en pedazos denominados ARNcr.

Cas 9 es una nucleasa especializada en cortar DNA, con dos sitios de corte activos (HNH y RuvC), uno para cada hebra de la doble hélice. El equipo demostró que podrían desactivar uno o ambos sitios, preservando la habilidad de Cas 9 de ser especifico para el DNA blanco. Uno de los autores del artículo (jinek) combinó al tracrRNA y ARN espaciador para formar una molécula llamada single-guide RNA que al combinarse con Cas 9 podía encontrar y cortas los blancos correctos de ADN, proponiendo que estos AR guía sintéticos podrían usarse para la edición de genes.

Se han identificado tres tipos de mecanismos CRISPR, de los cuales el tipo II es el más estudiado. En este caso, el ADN invasor de virus o plásmidos se corta en pequeños fragmentos y se incorpora en un locus CRISPR en medio de una serie de repeticiones cortas (alrededor de 20 bps). Los loci se transcriben y las transcripciones se procesan para generar ARN pequeños (ARNc-ARN CRISPR), que se usan para guiar las endonucleasas efectoras que se dirigen al ADN invasor basándose en la complementariedad de la secuencia

En la fase de adquisición, el ADN extraño se incorpora al genoma bacteriano en los loci CRISPR. Los loci CRISPR se transcriben y procesan en crRNA durante la biogénesis de crRNA. Durante la interferencia, la endonucleasa Cas9 acomplejada con un crRNA y un tracrRNA separado escinde el DNA extraño que contiene una secuencia complementaria de crRNA de 20 nucleótidos adyacente a la secuencia PAM.

Este descubrimiento tiene muchas aplicaciones por ejemplo en el ámbito de las enfermedades raras de origen genético. A finales de 2015 un grupo de investigadores mejoraron la atrofia muscular de Duchene en ratones afectados por esta mediante el uso de CRISPR.
La revolución de las CRISPR ha permitido también modelizar el cáncer, una enfermedad genética muy compleja causada por la alteración continua de distintos genes de la célula. Entre las aplicaciones del sistema en el cáncer, destaca “la posibilidad de alterar cinco genes en un mismo ensayo y de trabajar en modelos animales in vivo, no solamente in vitro“, sostiene Sandra Rodríguez Perales, del Centro Nacional de Investigaciones Oncológicas (CNIO). “Tenemos una gran información a nivel genético y ahora queremos saber cuál es su efecto a nivel fenotípico para validar el efecto de estas mutaciones”, resalta Rodríguez Perales.

La tecnología CRISPR pone sobre la mesa el debate sobre los límites éticos y legales de la modificación genética en embriones. “Estamos entrando en una nueva era de la historia de la humanidad porque podemos modificar el genoma en línea germinal y esto es un salto grandísimo en humanos”, explica Joaquín Rueda Puente, catedrático de Biología Celular en la Universidad Miguel Hernández (Alicante). Ya hay dos experimentos publicados en China entre los años 2015 y 2016 en los que se han modificado con la tecnología CRISPR-Cas9 embriones humanos que eran incompatibles con la vida. En el último, un equipo de investigadores de la Universidad Médica de Cantón (sur de China) alteró cigotos para hacerlos inmunes al VIH. Además, en octubre del 2017 octubre nació un bebé en México con la técnica de los “tres padres genéticos” para evitar que heredara de su madre una enfermedad rara mitocondrial.
“Tenemos técnicas de fecundación in vitro que llevan muchos años, si esta técnica se optimiza es bastante previsible que se vayan a generar embriones humanos modificados genéticamente”, señala Rueda Puente. Sin embargo, advierte de que no tenemos conocimientos suficientes para provocar cambios permanentes en el genoma humano de modo seguro. “Vamos a entrar en un conflicto de investigador frente a emprendedor, sobre todo en áreas muy emergentes de la medicina. Ahora mismo es irresponsable utilizar estas técnicas en línea germinal, aunque no cabe duda de que se vayan a realizar en el futuro y va a haber mucha presión social desde los padres que quieran beneficiarse de esta técnica y las clínicas”, declara Rueda Puente.

Actualmente los investigadores, de la unidad de pediatría de la Universidad de Stanford (EE UU) han descubierto en muestras de suero de pacientes anticuerpos y glóbulos blancos contra la proteína Cas 9 este descubrimiento pone en aprietos el uso de esta tecnología en las terapias génicas, debido a la reacción que los pacientes puedan generar ante la presencia de esta proteína en las terapias que se les apliquen. Esto sin duda es un pequeño bache que nos coloca la naturaleza en el avance de este tipo de tecnologías.

Referencias

Tecnología CRISPR: aplicaciones y límites de la edición genómica en humanos


https://elpais.com/elpais/2018/01/09/ciencia/1515515273_743583.html
https://www.neb.com/tools-and-resources/feature-articles/crispr-cas9-and-targeted-genome-editing-a-new-era-in-molecular-biology
https://es.wikipedia.org/wiki/CRISPR#cite_note-craze-22

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