Se han publicado tres artículos científicos en los que los autores informan sobre las consecuencias a gran escala del material genético cromosómico y los reordenamientos del ADN. Los hallazgos de los científicos, dice el artículo, refuerzan las preocupaciones sobre la seguridad de las tecnologías de edición del genoma.
Como resultado de una serie de experimentos en los que se llevó a cabo la modificación de embriones humanos utilizando la herramienta de edición de genes CRISPR-Cas9, los científicos han establecido que esta tecnología puede producir cambios significativos e indeseables en el genoma en o cerca del sitio objetivo del genoma.
Los resultados de la investigación se publicaron este mes en el servidor de preimpresión bioRxiv, pero aún no han sido revisados por pares. Sin embargo, los artículos publicados proporcionan una buena indicación de que algunos científicos creen que existe un riesgo subestimado en la edición del genoma con CRISPR-Cas9. Experimentos anteriores han demostrado que esta herramienta de edición es capaz de causar mutaciones de genes secundarios a una distancia considerable del sitio del ADN objetivo; sin embargo, estudios recientes han revelado cambios que ocurren en áreas adyacentes a este sitio y que pueden no ser notados por métodos estándar.
“Para nosotros, los impactos precisos son más importantes. Son mucho más difíciles de eliminar después”, dice Gaétan Burgio, genetista de la Universidad Nacional Australiana en Canberra.
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Es probable que las preocupaciones por la seguridad sean el tema principal del debate en curso sobre si los científicos pueden utilizar tecnologías de edición de embriones humanos para prevenir enfermedades genéticas. La actitud hacia esta tecnología plantea muchas preguntas, ya que crea cambios irreversibles en el genoma, que luego se transmitirán a los descendientes de generación en generación. "Si la tecnología de edición de embriones humanos con fines reproductivos o la edición de la llamada línea germinal se puede comparar con el primer vuelo tripulado al espacio, entonces los nuevos datos obtenidos por los científicos pueden compararse con la explosión de un cohete en una plataforma de lanzamiento justo antes del despegue", dice Fyodor Urnov de Universidad de California, Berkeley,que está estudiando la edición del genoma (Fedor Urnov no participó en ninguno de los estudios anteriores).
Efectos indeseados
Los científicos realizaron los primeros experimentos con CRISPR para editar embriones humanos en 2015. Desde entonces, varios grupos científicos de todo el mundo han comenzado a estudiar esta tecnología para la edición precisa de genes. Sin embargo, esta investigación sigue siendo poco común y, por lo general, está muy regulada.
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Según Mary Herbert, bióloga reproductiva de la Universidad de Newcastle, Reino Unido, un estudio reciente destaca lo siguiente: los científicos saben poco sobre cómo los embriones humanos reparan el ADN cortado con herramientas de edición del genoma (este es un paso clave en la edición con CRISPR-Cas9). “Necesitamos comprender a fondo lo que está sucediendo allí antes de comenzar a usar enzimas de corte de ADN”, agrega Mary Herbert.
El primero de los preprints fue publicado en línea el 5 de junio por la bióloga del desarrollo Kathy Niakan del Instituto Francis Crick en Londres y sus colegas. En su estudio, los investigadores utilizaron CRISPR-Cas9 para crear mutaciones en el gen POU5F1, que tiene un gran impacto en el desarrollo embrionario. De los 18 embriones editados, aproximadamente el 22% contenían cambios no deseados que afectaban a grandes regiones de ADN adyacentes al gen POU5F1. En particular, se observó una reordenación de las regiones de ADN y grandes deleciones de varios miles de nucleótidos de ADN, y esto es mucho más de lo que generalmente se considera entre los científicos que utilizan este enfoque.
Otro equipo de investigadores, dirigido por el biólogo de células madre Dieter Egli de la Universidad de Columbia en la ciudad de Nueva York, estudió los embriones producidos por los espermatozoides que mutan el gen EYS (esta mutación conduce a la ceguera). Los científicos intentaron corregir esta mutación utilizando CRISPR-Cas9, pero aproximadamente la mitad de todos los embriones analizados perdieron grandes segmentos de su cromosoma (y en algunos casos el cromosoma completo) en el que se encuentra el gen EYS.
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Finalmente, un tercer grupo de científicos, dirigido por el biólogo reproductivo Shoukhrat Mitalipov de la Universidad de Ciencias y Salud de Oregon en Portland, estudió embriones producidos usando espermatozoides que portan una mutación que causa enfermedades cardíacas. Los científicos de este equipo también parecen estar convencidos de que la edición del genoma afecta a grandes regiones del cromosoma que contiene el gen modificado.
En todas sus investigaciones, los científicos utilizaron embriones solo con fines científicos y no para inducir el embarazo. Los principales autores de estos tres estudios científicos, cuyos resultados se reflejan en los preprints, se negaron a discutir su trabajo en detalle con la Sala de redacción de la revista Nature hasta que sus artículos se publicaran en revistas revisadas por pares.
Reparación impredecible
Todos los cambios registrados surgen como resultado de la reparación del ADN, que se lleva a cabo mediante herramientas de edición del genoma. CRISPR-Cas9 usa una pequeña cadena de ARN para dirigir la enzima Cas9 a un sitio con una secuencia similar. Luego, la enzima corta ambas cadenas de ADN en este sitio y los sistemas de reparación celular cierran esta brecha.
La edición ocurre solo durante la reparación: la mayoría de las veces, la célula cierra herméticamente este espacio con un mecanismo que puede insertar o eliminar una pequeña cantidad de nucleótidos del ADN; sin embargo, este mecanismo funciona con errores. Si los científicos insertan una plantilla de ADN, la célula a veces puede usar esa secuencia para reparar la ruptura, lo que resulta en una reescritura correcta. Sin embargo, el ADN cortado también puede mezclar o perder grandes trozos del cromosoma.
Trabajos previos utilizando la tecnología CRISPR en embriones de ratón y otros tipos de células humanas han demostrado que la edición de cromosomas puede causar efectos indeseables significativos. Pero, según Urnov, era importante que los científicos demostraran sus enfoques en embriones humanos, ya que diferentes tipos de células pueden reaccionar de manera diferente a la edición del genoma.
Tal reordenamiento de las regiones de ADN puede haberse pasado por alto en muchos experimentos, en los que los científicos generalmente intentan encontrar ejemplos de ediciones no deseadas, por ejemplo, un cambio en un nucleótido de ADN, o pequeñas inserciones o deleciones de pequeños fragmentos de nucleótidos. Sin embargo, en experimentos recientes, fueron específicamente grandes deleciones y reordenamientos cromosómicos cerca del sitio objetivo que se investigaron específicamente. “Y la comunidad científica se tomará los resultados obtenidos aún más en serio que antes”, dice Urnov. "Estos resultados no son en absoluto accidentales".
Cambios genéticos
Los equipos de investigación que han realizado los tres estudios descritos anteriormente han explicado de manera diferente el mecanismo subyacente a las reordenaciones dentro del ADN. Por ejemplo, los equipos de investigación de Egli y Nyakan creen que la mayoría de los cambios observados en los embriones se deben a grandes deleciones y reordenamientos de las regiones del ADN. Sin embargo, el grupo de Mitalipov afirmó que hasta un 40% de los cambios detectados fueron causados por la llamada conversión genética, en la que, como resultado de los procesos de reparación del ADN, se copia una secuencia de un cromosoma en un par para reparar otro.
Mitalipov y sus colegas informaron resultados similares en 2017, pero algunos científicos se mostraron escépticos sobre el hecho de que la conversión genética es común en los embriones. Los científicos notaron lo siguiente: en primer lugar, durante la conversión de genes, los cromosomas maternos y paternos no se encuentran uno al lado del otro y, en segundo lugar, los análisis utilizados por el equipo de investigación para determinar la conversión de genes podrían revelar otros cambios cromosómicos, incluidas las deleciones.
Egli y sus colegas en su preimpresión querían verificar directamente de forma experimental la presencia de conversión genética, pero no pudieron detectarla. Burjo señala que los experimentos descritos en la preimpresión de Mitalipov son similares a los realizados por su equipo de investigación en 2017. Según Jin-Soo Kim, genetista de la Universidad Nacional de Seúl y coautor de la preimpresión de Mitalipov, las roturas del ADN en diferentes partes del cromosoma pueden corregirse de alguna otra manera; esta, en su opinión, es una de las posibles soluciones al problema. …
