La tecnología de edición de genes que utiliza el sistema CRISPR-Cas9 puede provocar muchas mutaciones no deseadas. A esta conclusión llegaron científicos del Centro Médico de la Universidad de Columbia. "Lenta.ru" habla de un nuevo estudio, cuyos resultados se publicaron en la revista Nature Methods.
CRISPR / Cas9 es un mecanismo molecular que existe dentro de las bacterias y les permite combatir virus con bacteriófagos. Los CRISPR son "casetes" dentro del ADN de un microorganismo, que se componen de secciones repetidas y secuencias únicas llamadas espaciadores. Estos últimos son fragmentos de ADN viral. En esencia, CRISPR puede considerarse como un banco de datos que contiene información sobre los genes de los agentes patógenos. La proteína Cas9 usa esta información para identificar correctamente el ADN extraño y hacerlo inofensivo cortándolo en una ubicación específica.
La precisión de CRISPR / Cas9 permite que se utilice como una herramienta de edición de genes que es mucho más eficaz que los métodos existentes anteriormente. Los investigadores insertan un casete de ADN que contiene el gen de la proteína Cas9 y una región que codifica una molécula de ARN dirigida especial (sgRNA) en la célula, en cuyo genoma se realizarán cambios. Este último puede adherirse a una ubicación específica en el genoma, indicando a Cas9 dónde cortar. Luego, puede insertar el gen o grupo de genes deseado en el espacio, creando una célula modificada.
La ventaja de CRISPR / Cas9 es que puede realizar cambios precisos, reduciendo el número de cortes no deseados (efectos fuera del objetivo) en otras partes del genoma. Además, ahorra tiempo y dinero, a diferencia de otros métodos ampliamente utilizados que utilizan enzimas nucleasas. El sistema CRISPR es más adecuado para situaciones en las que es necesario corregir varios genes defectuosos a la vez, ya que solo requiere sintetizar el sgRNA correspondiente. En el caso de las nucleasas, para cada sitio de ADN específico, es necesario ensamblar su propia enzima específica, que es más larga y costosa.
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Crédito de la imagen artística CRISPR / Cas9: Steve Dixon / Feng Zhang / MIT
La tecnología rápidamente se hizo popular, no solo entre los científicos, sino también en la cultura popular. Por ejemplo, aparece en la trama de algunos episodios de la nueva temporada de The X-Files como arma de destrucción masiva. El director de inteligencia nacional de Estados Unidos, James Clapper, también expresó su preocupación, quien cree que la ingeniería genética es una amenaza. Sin embargo, cualquier tecnología es peligrosa si se usa incorrectamente. Por ejemplo, el uso inepto y frecuente de antibióticos, que han salvado la vida de cientos de miles de personas, está impulsando la aparición de superbacterias resistentes a los antimicrobianos.
A pesar de la ficción, CRISPR / Cas9 por sí solo, como los antibióticos, no se puede utilizar como arma de destrucción de personas. Pero puede crear organismos modificados, como los mosquitos, que propagarán el gen defectuoso en su población, lo que puede provocar una fuerte disminución en la cantidad de insectos chupadores de sangre. Los biólogos instan a tener mucho cuidado con estas aplicaciones.
Las células inmunes atacan el crecimiento canceroso Foto: Steve Gschmeissner / Science Photo Library
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Al mismo tiempo, muchas biotecnologías creen que la tecnología permitirá tratar con éxito enfermedades peligrosas, incluidas las causadas por causas genéticas. Por ejemplo, a finales de 2016, China ya había experimentado con el tratamiento del cáncer de pulmón agresivo. Se eliminaron las células inmunitarias del paciente y se desactivó el gen que inhibe la lucha contra los tumores malignos. El procedimiento de modificación del genoma fue exitoso y las células se reintrodujeron en el cuerpo del paciente.
CRISPR / Cas9 tiene sus inconvenientes. Así, el ADN roto por "tijeras" moleculares pierde parte de la secuencia, lo que evita la edición "puntual", es decir, la sustitución de un solo nucleótido. Los biotecnólogos están creando versiones mejoradas del sistema superando estas limitaciones. Por ejemplo, investigadores de Corea del Sur han combinado la enzima Cas9 con otra proteína, citidina desaminasa. Esto enseñó a CRISPR / Cas9 a realizar sustituciones de un solo nucleótido.
Sin embargo, existe otro problema. El hecho es que esta tecnología también puede introducir mutaciones no deseadas, y los científicos aún no comprenden completamente cómo se puede eliminar. Cuando se trata de tratar a las personas, el riesgo sigue siendo excesivamente alto: los cambios secundarios en el genoma pueden dañar enormemente la salud.
Ciertos algoritmos pueden predecir en qué parte del genoma se pueden realizar reemplazos innecesarios. Funcionan muy bien cuando CRISPR modifica células o tejidos individuales, pero no se utilizan cuando se trata de organismos vivos.
Estructura CRISPR / Cas9 Foto: Ian Slaymaker / Broad Institute
Por ejemplo, los biotecnólogos de la Universidad de Columbia han utilizado la tecnología para eliminar las mutaciones que desencadenan la retinosis pigmentaria. Para ello, se extrajeron células de la piel del paciente y se reprogramaron en células madre. Luego, el defecto se corrigió utilizando un casete CRISPR. Estas células modificadas pueden convertirse en células retinianas y trasplantarse a un paciente para restaurar la visión.
Además, los mismos científicos crearon ratones genéticamente modificados, que fueron inyectados con CRISPR en la etapa de cigoto. Luego, los investigadores secuenciaron (determinaron la secuencia de nucleótidos) el genoma completo de los ratones. Aunque CRISPR corrigió con éxito un gen en el que el defecto causaba ceguera, también introdujo más de 1.500 mutaciones de un solo nucleótido y más de 100 deleciones (deleciones de secciones cortas) e inserciones. Ninguno de estos cambios no deseados fue predicho por algoritmos informáticos.
La modificación del genoma es una buena forma de tratar enfermedades hereditarias que actualmente son incurables. Según Stephen Tsang, él y sus coautores creen que es importante que los científicos en ingeniería genética estén al tanto de los peligros potenciales de las mutaciones no deseadas que surgen al editar el ADN. Tales mutaciones incluyen tanto sustituciones de nucleótidos en las regiones codificantes del genoma como en regiones no codificantes, donde se encuentran los elementos reguladores (controlan la actividad de los genes).
A pesar de las mutaciones, a los ratones les fue bien. Los biotecnólogos siguen siendo optimistas sobre la terapia génica, ya que cualquier intervención médica tiene efectos secundarios. Solo necesitas saber cuáles son. En el futuro, esto mejorará la tecnología para minimizar los efectos fuera del objetivo.
Alexander Enikeev
