¡Crash! ¡Boom! ¡Bang! CRISPR/Cas9

¿Alguna vez te has preguntado si sería posible editar la información genética que se encuentra en el interior de nuestras células? Para poder obtener esta respuesta es necesario hablar de la molécula de la herencia, el ácido desoxirribonucleico (ADN).

Esta biomolécula almacena la información transmitida de los padres a sus descendientes, es por esto que compartimos algunas características físicas con ellos; como el color de ojos, el color de la piel, la textura del pelo o incluso la forma de los labios o el tamaño de la nariz generando asi las características específicas de nuestro fenotipo.

Sin embargo, también podemos compartir la expresión de algunas enfermedades que forman parte de lo que llamamos genotipo. El ADN cobra su importancia además, porque a partir de él es posible la formación del ácido ribonucleico (ARN) y la determinación del mensaje apropiado de la formación de las proteínas.

El modelo de la doble hélice del ADN propuesto por James Watson y Francis Crick fue publicado el 25 de abril de 1953 por la revista Nature, obteniendo el premio Nobel de Medicina en 1962. Fuente: Quo

El ADN químicamente esta constituido por cadenas de nucleótidos los cuales a su vez están formados por un grupo fosfato, la pentosa desoxirribosa y una base nitrogenada. Por su parte las bases nitrogenadas están representadas por dos familias: las bases púricas (adenina y guanina) y por las bases pirimídicas (citosina, timina y uracilo aunque este último no está presente en el ADN). Las bases tienen como finalidad funcionar como un sistema de engrane de tal forma que siempre la adenina (A) se unirá con timina (T) mientras que la guanina (G) lo hará con citosina (C).

En octubre de 2020 dos científicas, Emmanuelle Charpentier microbióloga del Instituto Max Planck (Berlín, Alemania) y Jennifer Doudna bioquímica de la Universidad de California (Brekeley, Estados Unidos), fueron galardonadas con el premio nobel de química por sus contribuciones en el estudio de la edición de la molécula de la herencia mediante una técnica denominada CRISPR/Casp9.

Dicho proceso podríamos considerarlo como la acción de unas “tijeras moleculares específicas” con el objetivo de modificar, desactivar, activar o eliminar un fragmento de ADN, algo similar a lo que realizamos cuando editamos un pequeño video, un audio o una película con la finalidad de generar mejoras.

Muchos de los desarrollos tecnológicos que hay actualmente, no solo en biomedicina, provienen de la investigación básica. Incluso los modelos matemáticos. Todo viene de la ciencia básica, de estos científicos que hacen ciencia por la ciencia.

Emmanuelle Charpentier

¡Corte y queda!

CRISPR/Cas9 tiene su significado a partir de un acróstico el cual significa repeticiones palíndromicas cortas agrupadas y regularmente interespaciadas, originalmente del inglés (cloustered regularly interespaced short palindromic repeats). Recordemos que el ADN, al solo trabajar con cuatro nucleotidos, puede presentar fragmentos que podrán ser leídos de igual manera hacia adelante o hacia atrás; para poder comprender mejor esto un ejemplo serían las palabras ROMA­-AMOR; RAMO­-OMAR.

Por lo que respecta al término Cas9, se trata de una endonucleasa capaz de romper enlaces en las cadenas de los ácidos nucleicos. Pero, ¿cómo es que funciona esta técnica? La Dra. Charpentier y la Dra. Doudna realizando experimentos con la bacteria Streptococcus pyogenes (bacteria Gram positiva de la familia Streptococcaceae) identificaron una molécula hasta entonces desconocida denominada ARNtracr (ARN transactivo) como parte de un antiguo sistema inmune en las bacterias y la cual funciona eficazmente con los virus que las atacan.

Esta técnica podría describirse inicialmente como un proceso de inmunización, es decir incorporando ADN exógeno proveniente de virus y/o plásmidos, el cual será reconocido por Cas9 integrando así un fragmento del locus CRISPR donde se formará un elemento espaciador transcribiéndose como un ARNtracr y que servirá como guía para que la proteína Cas funcione sobre un blanco específico (material genérico exógeno). Para el proceso de inmunización es necesario un sito de reconocimiento compuesto por una secuencia de ADN específica para ARNtracr y para Cas, a este sitio se le denomina motivo adyacente y el cual es necesario para evitar la autoinmunidad.

Este mecanismo de defensa bacteriano había sido descrito previamente por el grupo de Ishino en 1987 al trabajar con secuencias repetidas del genoma de Escherichia coli. Sin embargo, el investigador español Francisco Mojica de la Universidad de Alicante fue quien determinó las secuencias interespaciadas y repetidas presentes en eubacterias y arqueas sentado así las bases para el desarrollo de esta técnica. 

Emmanuelle Charpentier y Jennifer Doudna. Fuente: Time

Luces, cámara… ¡acción!

Esta técnica de ingeniería genética se ha utilizado en algunos organismos como levaduras, plantas, insectos, protozoarios, peces, anfibios, reptiles y mamíferos. Dentro de las aplicaciones que tiene CRISPR/Cas9 su principal mecanismo de acción se enfoca en erradicar enfermedades genéticas como lo publicado en la revista científica Nature en 2018.

En dicha publicación se detalla la capacidad de devolver la audición a ratones de la cepa Beethoven, cuya sordera es derivada por la alteración en la secuencia de ADN del gen Tmc1 derivando en la muerte de las células auditivas, por lo que utilizando la técnica CRISPR/Cas9 se logró la edición de dicha secuencia errónea.

Sin duda esta técnica tiene importancia para la innovación de medicamentos, la mejora de alimentos y posiblemente permitirá en años venideros que algunas enfermedades que tienen un componente hereditario como el cáncer, la distrofia muscular o la enfermedad de Huntington puedan ser erradicadas. Aunque también es importante señalar que esta técnica de ingeniería genética se enfrentará a muchas controversias principalmente de carácter bioético.

Para conocer un poco más acerca de la técnica de CRISPR/Cas9 te invitamos a observar el siguiente video.

 

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