La ingeniería genética abre oportunidades para que la humanidad cree organismos que antes no existían y para destruir enfermedades genéticas. Sin embargo, las cosas no son tan optimistas, ya que incluso la innovadora tecnología CRISPR / Cas9 está lejos de ser perfecta. Los errores que comete pueden ser raros, pero uno es suficiente para volverse fatal para una persona. Lenta.ru habla sobre lo que está mal con CRISPR y cómo los científicos están tratando de arreglar la situación.
El sistema CRISPR / Cas9, una especie de tijeras de ADN, se considera legítimamente una revolución en el campo de la ingeniería genética. Con su ayuda, los científicos pueden editar el genoma humano, eliminar mutaciones dañinas del mismo y tratar así enfermedades hereditarias desagradables y mortales. Sin embargo, no se debe pensar que antes no existían tales métodos. En el arsenal de los genetistas había, por ejemplo, nucleasas que contienen "dedos" de zinc y endonucleasas, enzimas que rompen moléculas de ADN en lugares específicos. En precisión, versatilidad y costo, son notablemente inferiores a CRISPR / Cas9, aunque este último está lejos de ser perfecto.
CRISPR / Cas9 fue creado originalmente no por científicos, sino por la naturaleza. Es un mecanismo molecular dentro de las bacterias que les permite combatir los bacteriófagos y otros parásitos. De hecho, funciona como inmunidad contra las infecciones. CRISPR (siglas de "repeticiones palindrómicas cortas, regularmente espaciadas en grupos") son regiones especiales (loci) de ADN. Contienen fragmentos cortos de virus de ADN que alguna vez infectaron a los ancestros de las bacterias actuales, pero fueron derrotados por sus defensas internas. Estas piezas se llaman espaciadores y se separan entre sí mediante secuencias repetidas.
Cuando un bacteriófago invade una bacteria, cada secuencia repetida y el espaciador adyacente se utilizan como plantilla para la síntesis de moléculas llamadas crRNA. Se forman muchas cadenas de ARN diferentes, se unen a la proteína Cas9, cuya tarea es sumamente simple: cortar el ADN del virus. Sin embargo, podrá hacer esto solo después de que el crRNA encuentre un fragmento complementario de ADN viral. Después de que Cas9 rompe el ácido nucleico extraño, este último es completamente destruido por otras nucleasas.
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CRISPR / Cas9 es bueno precisamente por su precisión, porque para las bacterias el correcto funcionamiento del sistema inmunológico es una cuestión de vida o muerte. El sistema "antivirus" necesita encontrar una sección de ADN viral entre un millón de otros y, lo que es más importante, no confundirlo con su propio genoma. Durante millones de años de evolución, las bacterias han perfeccionado este mecanismo. Así que, justo después de descubrir por qué se necesitaba un sistema CRISPR, se dieron cuenta de que podía ser domesticado como una herramienta de edición genética sin precedentes.
Para reemplazar una región específica del genoma por otra, es necesario sintetizar el ARN guía, que en principio es similar al ARNcr. Ella le dice a Cas9 dónde es necesario hacer una ruptura de doble hebra en el ADN del organismo modificado. Sin embargo, no necesitamos estropear el gen, sino modificarlo, por ejemplo, reemplazar uno o más nucleótidos y eliminar la mutación dañina. Aquí la naturaleza vuelve al rescate. Los mecanismos de reparación naturales comienzan inmediatamente a restaurar la cadena cortada. El truco es que, para esto, se eliminan algunos fragmentos de ARN cerca de la ruptura, después de lo cual se insertan allí secuencias similares. Los científicos pueden reemplazarlos con sus propias secuencias de ADN y así modificar el genoma.
Representación esquemática de CRISPR
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Imagen: Kaidor / Wikipedia
Sin embargo, nada es perfecto. A pesar de la precisión relativa, los sistemas CRISPR a veces cometen errores. Una de las razones radica en la propia naturaleza del sistema. Es una desventaja para las bacterias que el crRNA coincida en un 100 por ciento con un fragmento de ADN viral, que puede diferir en uno o dos nucleótidos. Es mejor para ella que algunos nucleótidos puedan ser diferentes, lo que le da al microorganismo una mejor oportunidad de combatir la infección. Al mismo tiempo, en la ingeniería genética, la baja especificidad amenaza con errores: se pueden realizar cambios en el lugar equivocado. Si esto sucede en el curso de experimentos con ratones, entonces no habrá una tragedia especial, pero la edición del genoma humano podría convertirse en un desastre.
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Esto explica la preocupación de los científicos occidentales por los experimentos que se están llevando a cabo en China. Los investigadores asiáticos han utilizado la tecnología CRISPR para modificar genéticamente embriones humanos. Estos experimentos han sido prohibidos en Europa y Estados Unidos, pero recientemente el Reino Unido los ha permitido, únicamente con fines de investigación. Dichos embriones deberán destruirse en un par de semanas después de recibirlos, lo que excluye la "cría" de transgénicos.
Sin embargo, CRISPR / Cas9 no sería tan bueno si no se pudiera mejorar. Entonces, los científicos le enseñaron a Cas9 a cortar no dos cadenas a la vez, sino solo una. El corte se realiza en dos lugares diferentes de la secuencia de ADN en diferentes hebras, por lo que el sistema debe poder reconocer el doble de nucleótidos de lo normal, lo que lo hace más preciso.
Proteína Cas y crRNA
Foto: Thomas Splettstoesser / Wikipedia
Los científicos de la Universidad de Western Ontario han encontrado otra forma de mejorar esta tecnología. Intentaron resolver el problema de reparar el ADN cortado. La rápida restauración de la cadena de ácidos nucleicos conduce al hecho de que los científicos no tienen tiempo para hacer sus propias correcciones en el genoma. Se crea así un círculo vicioso: la cadena, reparada de forma indeseable, debe cortarse nuevamente con la proteína Cas9.
Para evitar que esto suceda, los investigadores modificaron las tijeras de proteínas para crear la proteína TevCas9. Corta la hebra de ADN en dos lugares, lo que dificulta la reparación del sitio. Para sintetizar la nueva enzima, se agregó la enzima I-Tevl a Cas 9, que también es una endonucleasa, es decir, una proteína que escinde una molécula de ADN en el medio, en lugar de escindir los extremos de la secuencia, como lo hacen las exonucleasas. La proteína de fusión resultante resultó ser más precisa en la unión a sitios específicos y menos propensa a cometer un error y cortar el sitio equivocado.
Estructura cristalina de Cas9 unida al ADN
Foto: Proyecto wiki Cas9 / Wikipedia
Hay otra forma de mejorar la precisión de los sistemas CRISPR. La "carrera armamentista" entre bacterias y virus ha llevado no solo al desarrollo de sistemas de defensa en los microorganismos, sino también a formas de neutralizarlos. Así, los bacteriófagos mutan rápidamente, perdiendo las áreas por las que la inmunidad bacteriana los reconoce. Sin embargo, algunos códigos para proteínas anti-CRISPR, interfieren con el trabajo del complejo crRNA-Cas9.
El 8 de diciembre, la revista Cell publicó un artículo de científicos de la Universidad de Toronto que crearon "anti-CRISPR", un sistema que le permite apagar el mecanismo bajo ciertas condiciones. Evita errores no deseados al suprimir la actividad de Cas9 si el ARN guía se une al fragmento incorrecto. Anti-CRISPR consta de tres proteínas que inhiben la nucleasa y están codificadas por los genes de uno de los virus bacterianos.
La tecnología CRISPR ya se está utilizando para tratar enfermedades graves como la leucemia y el cáncer de pulmón, y también se está probando para eliminar el VIH de las células inmunitarias. A medida que los científicos encuentren nuevas formas de mejorar este método, se abrirán más y más oportunidades para su aplicación.
Alexander Enikeev
