¿Qué es CRISPR-Cas9?

CRISPR-Cas9 es una tecnología única que permite a los genetistas e investigadores médicos editar partes del genoma quitando, añadiendo o alterando secciones de la ADN secuencia.
Actualmente es el método más simple, versátil y preciso de manipulación genética y, por lo tanto, está causando un gran revuelo en el mundo de la ciencia.

¿Cómo funciona?

El sistema CRISPR-Cas9 consta de dos moléculas clave que introducen un cambio (mutación) en el ADN. Estos son:
- un enzima llamado Cas9. Esto actúa como un par de «tijeras moleculares» que pueden cortar las dos hebras de ADN en una ubicación específica del genoma para que luego se puedan agregar o eliminar trozos de ADN.
- un pedazo de ARN llamado ARN guía (ARNg). Esto consiste en una pequeña pieza de secuencia de ARN prediseñada (aproximadamente 20 bases de largo) ubicada dentro de un andamio de ARN más largo. La parte del andamio se une al ADN y la secuencia prediseñada «guía» Cas9 a la parte derecha del genoma. Esto asegura que la enzima Cas9 corte en el punto correcto del genoma.
El ARN guía está diseñado para encontrar y unirse a una secuencia específica en el ADN. El ARN guía tiene ARN Bases que son complementario a los de la secuencia de ADN diana en el genoma. Esto significa que, al menos en teoría, el ARN guía solo se unirá a la secuencia objetivo y no a otras regiones del genoma.
El Cas9 sigue el ARN guía a la misma ubicación en la secuencia de ADN y hace un corte a través de ambas hebras del ADN.
En esta etapa, el celda reconoce que el ADN está dañado y trata de repararlo.
Los científicos pueden usar la maquinaria de reparación del ADN para introducir cambios en uno o más genes^? en el genoma de una célula de interés.

Diagrama que muestra cómo funciona la herramienta de edición CRISPR-Cas9.
Crédito de la imagen: Genome Research Limited.

¿Cómo se desarrolló?

Alguno gérmenes tienen un sistema de edición de genes similar e incorporado al sistema CRISPR-Cas9 que utilizan para responder a la invasión Patógenos gustar virus muy parecido a un sistema inmunológico.
Usando CRISPR, las bacterias cortan partes del ADN del virus y mantienen un poco de él para ayudarlas a reconocer y defenderse contra el virus la próxima vez que ataque.
Los científicos adaptaron este sistema para que pudiera usarse en otras células de animales, incluidos ratones y humanos.

¿Qué otras técnicas existen para alterar los genes?

A lo largo de los años, los científicos han aprendido sobre genética y la función génica mediante el estudio de los efectos de los cambios en el ADN.
Si puede crear un cambio en un gen, ya sea en una línea celular o en un organismo completo, es posible estudiar el efecto de ese cambio para comprender cuál es la función de ese gen.
Durante mucho tiempo, los genetistas utilizaron productos químicos o radiación para causar mutaciones. Sin embargo, no tenían forma de controlar en qué parte del genoma ocurriría la mutación.
Durante varios años, los científicos han estado utilizando la «orientación génica» para introducir cambios en lugares específicos del genoma, eliminando o agregando genes completos o bases individuales.
La orientación tradicional de genes ha sido muy valiosa para estudiar genes y genética, sin embargo, lleva mucho tiempo crear una mutación y es bastante costosa.
Recientemente se han desarrollado varias tecnologías de «edición de genes» para mejorar los métodos de orientación génica, incluidos los sistemas CRISPR-Cas, las nucleasas efectoras similares a activadores de transcripción (TALEN) y las nucleasas de dedos de zinc (ZFN).
El sistema CRISPR-Cas9 se destaca actualmente como el sistema más rápido, barato y fiable para «editar» genes.

¿Cuáles son las aplicaciones e implicaciones?

CRISPR-Cas9 tiene un gran potencial como herramienta para tratar una variedad de afecciones médicas que tienen un componente genético, que incluyen: cáncer, hepatitis B o incluso colesterol alto.
Muchas de las aplicaciones propuestas implican la edición de los genomas de somático Células (no reproductivas), pero ha habido mucho interés y debate sobre el potencial de edición Línea germinal células (reproductivas).
Debido a que cualquier cambio realizado en las células de la línea germinal se transmitirá de generación en generación, tiene importantes implicaciones éticas.
Llevar a cabo la edición de genes en células de la línea germinal es actualmente ilegal en el Reino Unido y en la mayoría de los demás países.
Por el contrario, el uso de CRISPR-Cas9 y otras tecnologías de edición de genes en células somáticas no es controvertido. De hecho, ya se han utilizado para tratar enfermedades humanas en un pequeño número de casos excepcionales y / o potencialmente mortales.

Un espermatozoide y un óvulo. Llevar a cabo la edición de genes en células de la línea germinal es actualmente ilegal en el Reino Unido.
Haber de imagen: Shutterstock

¿Cuál es el futuro de CRISPR-Cas9?

Es probable que pasen muchos años antes de que CRISPR-Cas9 se use rutinariamente en humanos.
Gran parte de la investigación todavía se centra en su uso en modelos animales o células humanas aisladas, con el objetivo de utilizar eventualmente la tecnología para tratar rutinariamente enfermedades en humanos.
Hay mucho trabajo centrado en eliminar los efectos «fuera del objetivo», donde el sistema CRISPR-Cas9 corta un gen diferente al que estaba destinado a ser editado.

Mejor orientación de CRISPR-Cas9

En la mayoría de los casos, el ARN guía consiste en una secuencia específica de 20 bases. Estos son complementarios a la secuencia diana en el gen a editar. Sin embargo, no todas las 20 bases deben coincidir para que el ARN guía pueda unirse.
El problema con esto es que una secuencia con, por ejemplo, 19 de las 20 bases complementarias puede existir en algún lugar completamente diferente en el genoma. Esto significa que existe la posibilidad de que el ARN guía se una allí en lugar de o tan bien como en la secuencia objetivo.
La enzima Cas9 cortará en el sitio equivocado y terminará introduciendo una mutación en la ubicación incorrecta. Si bien esta mutación puede no importarle en absoluto al individuo, podría afectar a un gen crucial u otra parte importante del genoma.
Los científicos están ansiosos por encontrar una manera de garantizar que CRISPR-Cas9 se una y corte con precisión. Dos formas en que esto se puede lograr son a través de:
- el diseño de ARN guía mejores y más específicos utilizando nuestro conocimiento de la secuencia de ADN del genoma y el comportamiento «fuera del objetivo» de diferentes versiones del complejo Cas9-gRNA.
- el uso de una enzima Cas9 que solo cortará una sola hebra del ADN objetivo en lugar de la doble cadena. Esto significa que dos enzimas Cas9 y dos ARN guía tienen que estar en el mismo lugar para que se realice el corte. Esto reduce la probabilidad de que el corte se realice en el lugar equivocado.