Editar el genoma

Por Martín Bonfil Olivera
Dirección General de Divulgación de la Ciencia, UNAM
Publicado en Milenio Diario, 3 de junio de 2015

Charpentier y Doudna

Desde que el príncipe de Asturias, Felipe de Borbón, dejó de serlo para convertirse en rey, en junio de 2014, los premios que llevaban su título hoy usan el de su pequeña hija, Leonor, de nueve años: Premios Princesa de Asturias. Se otorgan cada año para “galardonar la labor científica, técnica, cultural, social y humana”, y han adquirido tal prestigio que hay quien los considera sólo secundarios a los Nobel.

El de este año en el área de Investigación Científica y Técnica lo ganaron dos científicas: Emmanuelle Charpentier, sueca, y Jennifer Doudna, estadounidense. ¿Su logro? Haber desarrollado, en 2012, un nuevo sistema de modificación genética llamado CRISPR-Cas (se pronuncia “crisper-cas”), que permite “editar” los genomas de células y organismos. Una verdadera revolución.

La idea de editar un genoma suena sorprendente, y también atemorizante. Pero es sólo una extensión de lo que se ha hecho ya desde los años setenta, cuando surgió la llamada “ingeniería genética”. En ambos casos, se modifica la información genética contenida en las hebras del ADN de los organismos a modificar, introduciendo, alterando o eliminando genes específicos, por ejemplo para inactivar algún sistema del organismo y poder así estudiar su función, o para dotarlo de alguna nueva capacidad, como la de producir alguna proteína útil.

Tanto la ya cuarentona ingeniería genética como la recientísima “edición de genomas” con el sistema CRISPR-Cas (porque existen otras técnicas, algunas ya comentadas aquí), que a sólo tres años de su descubrimiento ya se usa en laboratorios de todo el mundo para realizar investigación básica y aplicada, no fueron realmente inventadas por sus descubridores, sino que se tomaron prestadas de sistemas que existen naturalmente en las bacterias –y en sus primas las arquea– para defenderse de los virus.

En ingeniería genética se usan las llamadas enzimas de restricción, que defienden a la bacteria al cortar cualquier ADN extraño que presente ciertas combinaciones de “letras” o bases genéticas (las enzimas no cortan el ADN de la propia bacteria porque contiene modificaciones químicas para protegerlo). Los padres de la ingeniería genética aislaron las enzimas de restricción y las usaron para cortar ADN en lugares específicos, y luego, con otras enzimas, pegarlo a otras moléculas de ADN, creando así moléculas nuevas (“recombinantes”) que luego se pueden introducir en otros organismos: los hoy tan satanizados, pero útiles, transgénicos.

En el caso de la nueva tecnología CRISPR-Cas, el logro de Doudna y Charpentier fue doble: descifrar un segundo mecanismo de defensa en bacterias y arquea y convertirlo en una nueva y poderosa herramienta para los biólogos moleculares. Desde el 2000 se había detectado que muchas bacterias presentaban en su genoma áreas con muchas repeticiones de una misma secuencia. Se las llamó clustered regularly interspaced short palindromic repeats (CRISPR: repeticiones palindrómicas cortas agrupadas y espaciadas regularmente). Se presentaban en 40% de todas las bacterias y en 90% de las arquea: claramente tenían que poseer alguna función.

Cuando en 2005 se descubrió que luego de cada repetición había un pequeño fragmento “espaciador” que era idéntico al genoma de distintos virus, el misterio se resolvió: las CRISPR, junto con un tipo de enzimas relacionadas con ellas llamadas Cas (de CRISPR-associated: asociadas a CRISPR), funcionaban como un sistema de “inmunidad adquirida” para las bacterias (similar, en cierta forma, a la inmunidad que adquirimos los humanos cuando nos vacunamos o sufrimos una infección). Cuando un virus inserta su ADN para invadirlas, la célula toma un fragmento de éste y lo inserta frente a una repetición CRISPR. Esto le permite fabricar una copia de la información del virus, pero en forma de ARN, la molécula prima-hermana del ADN.

Doudna y Charpentier demostraron que este ARN se une a la proteína Cas9, cuya función es cortar moléculas de ADN (es una nucleasa) y la “programa” para buscar y cortar los ADNs que contengan esa información precisa. En otras palabras, al ser programada con el ARN del sistema CRISPR, Cas9 se convierte en una máquina con “tijeras moleculares” que destrozan el ADN del virus invasor.

Pero no sólo eso: Doudna y Charpentier mostraron también que, fabricando moléculas artificiales de ARN adecuadas, se podía programar al sistema CRISPR-Cas para detectar y cortar cualquier molécula de ADN que se desee. Así, basta con fabricar el ARN e introducirlo, junto con la enzima Cas9, a una célula para que su ADN se cortado. Pero además, la célula contiene mecanismos para intentar reparar el ADN cortado, que se han también aprovechado para introducir información nueva, seleccionada por los investigadores.



El sistema CRISPR-Cas se convierte, así, en una verdadera herramienta para editar genes selectos en un genoma, dentro de una célula viva (no sólo en un tubo de ensayo, como ocurre con las enzimas de restricción). Se ha usado ya para modificar el genoma de ratones, y será útil para el futuro tratamiento de enfermedades de origen genético en humanos.

Muchos predicen que Doudna y Charpentier, que han recibido ya otros premios y fueron incluidas por la revista Time en su lista de las 100 personas más influyentes del año, se harán acreedoras, tarde o temprano, al Nobel. No hay duda de que la técnica que ayudaron a inventar lo merece.

¿Te gustó?

Compártelo en Twitter:

Compártelo en Facebook:

Compartir2218

Contacto: mbonfil@unam.mx

Para recibir La ciencia por gusto cada semana

por correo electrónico, ¡suscríbete aqui!