Muchas fantasías de edición de genes se han hecho realidad con el desarrollo de la herramienta de edición de genes conocida como CRISPR-Cas9. Si bien puede sonar como un dispositivo de ciencia ficción, está teniendo un impacto muy real en el estudio de la enfermedad.
¿Qué es CRISPR-cas9?
- La edición de genes es utilizada por los científicos para alterar secuencias específicas de ADN dentro de una celda. Para hacer esto, el sistema CRISPR-Cas9 necesita una enzima para editar secuencias de ADN y algo para guiar la enzima al lugar correcto.
- La enzima que edita el ADN se llama Cas9, y a menudo se describe como un par de tijeras genéticas. Esto se debe a que puede cortar hebras de ADN, lo que permite agregar o eliminar cosas de los extremos de las hebras cortadas antes de que se vuelvan a unir.
- Para asegurarse de que la enzima Cas9 corta en la posición correcta, se guía por la guía apropiadamente nombrada. ARN. Esta molécula de ARN está diseñada para unirse a una secuencia específica de bases de ADN y se asegura de que Cas9 solo cause roturas donde se desean.
Ilustración que muestra los componentes de CRISPR-Cas9
Crédito de la imagen: Genome Research Limited.
¿Cómo se utiliza CRISPR en el laboratorio?
- Cuando Cas9 hace un corte en una molécula de ADN, deja extremos expuestos donde se pueden eliminar o agregar bases (los bloques de construcción del ADN). Esto significa que un científico puede cambiar la secuencia de ADN como quiera.
- La enzima Cas9 se puede adaptar para diferentes funciones, lo que permite a los científicos hacer aún más cosas en el sitio específico de ADN. Una adaptación muy útil consiste en eliminar la función de corte de Cas9 y reemplazarla con un tipo diferente de enzima.
- Más comúnmente, las nuevas enzimas utilizadas para reemplazar Cas9 están diseñadas para activar (aumentar) o inhibir (reducir) transcripción de un gen. Estos métodos se conocen como CRISPRa, que significa activación CRISPR, o CRISPRi, que significa interferencia CRISPR.
CRISPRa y CRISPRi son tecnologías utilizadas para activar y desactivar genes, o para aumentar o disminuir su nivel de activación
Crédito de la imagen: Genome Research Limited.
¿Qué podemos aprender de CRISPR sobre las enfermedades?
- Muchas enfermedades tienen un elemento genético, pero no siempre sabemos mucho sobre cómo están involucrados los genes o qué genes se comportan de manera anormal.
- Cuando los genes actúan de manera anormal, pueden producir una proteína defectuosa, o pueden producir demasiada o muy poca proteína. Esto puede conducir a una enfermedad metabólica como fibrosis quística o anemia falciforme. Si la proteína está implicada en el control del ciclo celular o apoptosis?, los genes anormales pueden conducir a Cánceres.
- A menudo, CRISPR-Cas9 se utiliza en el laboratorio para investigar funciones desconocidas de los genes. Interrumpir la secuencia o transcripción de un gen permite a los científicos hacer muchas preguntas sobre cómo funciona ese gen, incluyendo:
- ¿Qué sucede cuando un gen es eliminado (eliminado)? ¿Cómo se comporta una célula u organismo modelo de manera diferente cuando falta un gen en particular?
- ¿Cuál es el efecto de pequeños cambios específicos en una secuencia? Estos cambios, conocidos como mutaciones, a menudo ocurren naturalmente. Al recrearlos en el laboratorio, vemos si tienen algún impacto en los procesos dentro de una célula, como la interrupción de la función de las proteínas.
- Si la transcripción de un gen se activa hacia arriba o hacia abajo, ¿cambia esto las características de la célula u organismo?
- Al estudiar enfermedades genéticas, la secuenciación del ADN permite a los científicos observar diferentes mutaciones que ocurren en individuos y poblaciones. Esta información nos permite identificar mutaciones encontradas con mayor frecuencia en personas con enfermedades específicas, lo que sugiere que la mutación aumenta la probabilidad de que ocurra la enfermedad.
- Para probar aún más el vínculo entre las mutaciones y enfermedades específicas, los científicos investigan si la producción de una mutación específica hace que una célula cambie de sana a enferma. Esta técnica es cada vez más útil en la investigación del cáncer.
- El mismo enfoque se utiliza para ver si un cambio genético específico causa otros efectos biológicos interesantes, por ejemplo, ¿cambiar una secuencia en una bacteria permite que se vuelva resistente al tratamiento farmacológico? Esto podría ayudarnos a abordar Resistencia a los antibióticos en el futuro.
CRISPR en el futuro
- Existe un enorme potencial para que CRISPR se use como tratamiento para la enfermedad, no solo como una herramienta para estudiarla.
- Un ejemplo es en una terapia de células inmunes para pacientes con cáncer. Los médicos extraen un tipo de célula inmunitaria llamada células T de un paciente y modifican su ADN para entrenarlos para matar las células cancerosas. Las células T modificadas se devuelven al torrente sanguíneo de los pacientes. La tecnología CRISPR se está investigando como una mejor manera de editar estas células, en comparación con los métodos anteriores de edición de genes.
- En el futuro, CRISPR podría usarse en embriones para cambiar mutaciones conocidas por aumentar el riesgo de enfermedad.
- Existe mucho debate sobre las implicaciones éticas de la edición de células humanas, especialmente cuando estos cambios se realizan en las células de la línea germinal (reproductivas) de una persona y podrían ser heredados por las generaciones futuras.
- Al editar el ADN de las plantas de cultivo, CRISPR ayudará a crear cultivos que producen muchos más alimentos o se vuelven resistentes a la sequía. Este aumento de los rendimientos ayudará a superar la escasez de alimentos, tierras agrícolas y agua.
Artículo escrito por Olivia Edwards, investigadora de doctorado en el Instituto Wellcome Sanger.