¿Por qué es tan revolucionaria la técnica de CRISPR/Cas9?

Las técnicas de edición del genoma son utilizadas de forma habitual en los laboratorios de todo el mundo hace décadas. CRISPR/Cas9 es la nueva técnica de edición genética, nacida casi por casualidad en el proceso de ensayo y error de un grupo de investigadores. Pero, ¿por qué todo el mundo habla de esta técnica? ¿qué tiene CRISPR/Cas9 que la hace tan revolucionaria?

Hasta la eclosión de esta tecnología, el material genético de otros organismos menos complejos que los mamíferos, como las levaduras o la mosca de la fruta, nos ha resultado mucho más fácil de manipular. Por ejemplo, podemos introducir o eliminar fragmentos de ADN en cualquier parte de su genoma y estudiar las consecuencias rápidamente, sin mucho coste ni demasiadas consideraciones morales. Por razones como esta los hemos llamado durante mucho tiempo organismos “modelo”, ya que nos han servido para entender el funcionamiento de procesos biológicos que nos ocurren a casi todos los seres vivos.

Una de las causas de la dificultad histórica para “jugar” de la misma manera con nuestro material genético, el humano, es la gran capacidad de nuestras células para evitar y reparar daños genéticos: ¡pues esto es precisamente lo que explota la técnica CRISPR/Cas9!

 

CRISPR/Cas9: el corta y pega genético

Las científicas Emmanuelle Charpentier y Jennifer Doudna, creadoras de la técnica CRISPR. Imagen: Fundación Princesa de Asturias.

En nuestras células existen mecanismos de reparación que responden ante cualquier daño o amenaza contra la integridad del ADN. Así, por ejemplo, cuando el ADN se fragmenta en alguna parte, se “pegan” los segmentos resultantes para evitar una pérdida de información genética que con mucha probabilidad sería letal para la célula. En este caso, la maquinaria de reparación intenta ensamblar los fragmentos “a ciegas”, sin ninguna guía, lo que en muchas ocasiones provoca que el arreglo (o, mejor dicho, el “arreglillo”) no recupere la versión original y se generen mutaciones.

Inspirados por esta capacidad extraordinaria de nuestro propio organismo, los “creadores” de la técnica CRISPR/Cas9 siguieron el mismo razonamiento: cortar el ADN donde nos interesa para que el propio organismo genere una mutación al intentar reparar el error, inhabilitando sin querer esa parte del genoma.

Pero vamos por pasos. Para entender cómo funciona esta técnica, primero hemos de conocer a los protagonistas:

 

El ADN:

el responsable de almacenar la composición genética.

El ARN:

responsable de transmitir esta composición sirviendo de molde para crear las proteínas.

ARN Guía:

es el pedacito de ARN que los investigadores utilizan para buscar el gen del ADN donde quieren causar una mutación, como el patrón.

Cas9:

Cas9 se utiliza en la técnica CRISPR acoplada al ARN Guía; Cas9 es una tijera enzimática, que actúa cortando el genoma donde el ARN guía encuentra a su ADN homólogo (que se parece mucho a él).

 

Y así es como todo este rompecabezas funciona:

Episodio 1: En un primer momento, la enzima Cas9 se une a su compañero de viaje, el ARN guía.
Episodio 2: Una vez el ARN guía encuentra el gen objetivo, comparándose a sí mismo con el genoma hasta encontrar su fragmento “gemelo”, Cas9 ataca. ¡Y corta el ADN sin piedad!

Episodio 3: La célula detecta que algo va mal, y activa su mecanismo de reparación. Allí, hace un “arreglillo”, y suelta una ristra de pares de bases para reparar el ADN. Sin quererlo, la célula ha introducido una mutación en un gen.

Episodio 4: Esto tiene una consecuencia directa; ese ADN no se transmite al ARN con su forma anterior, y por tanto ¡la proteína codificada en ese gen no se genera! Con esto estaríamos creando lo que se conoce en biología como un “knock out”, o lo que es lo mismo, dejar a una proteína “fuera de juego”. Podríamos descubrir muchas cosas sobre la función de una proteína si conseguimos células que no la tienen, y se las tienen que arreglar sin ella. ¿Cómo les afecta? ¿Era una proteína esencial?

 

Las múltiples aplicaciones de CRISPR/Cas9

También podemos combinar el CRISPR/Cas9 y aprovechar el momento del corte para insertar una nueva cadena de ADN, ahora ya modificando el código genético a nuestra conveniencia.

Otras estrategias para aumentar el impacto de la técnica de CRISPR/Cas9 se han basado en la manipulación de Cas9, llegando a controlar cuándo queremos apagar o encender cualquier gen, activando o desactivando las tijeras en el momento que más nos interese.

 

CRISPR/Cas9 ya está en los laboratorios de todo el mundo

Por supuesto, CRISPR/Cas9 es aún más una técnica para investigar que una terapia y mucho del trabajo que queda por hacer ha de basarse en conseguir minimizar los efectos secundarios de introducir una proteína que corta ADN en nuestras células. Pero en cualquier caso todo este trabajo ha abierto la puerta a posibilidades que hasta hace unos años veíamos muy lejanas.

CRISPR/Cas9 ha abierto la puerta a la edición del gernoma humano. Imagen por cortesía del National Human Genome Research Institute“.

Muchos ya usan CRISPR/Cas9 para estudiar la reprogramación de células madre (activando o desactivando genes que participan en determinadas fases del desarrollo de tejidos), intentando combatir tumores eliminando los genes que los provocan o editando el genoma de embriones para dar lugar a individuos que no generen una determinada enfermedad.
En IBEC también hay grupos que usan CRISPR/Cas9. Puedes preguntar sobre ello en los grupos de Núria Montserrat y de Xavier Trepat.

 

Aviso: CRISPR/Cas9 es todavía una técnica en continua evolución. Seguramente en unos meses dispondremos de unas cuantas aplicaciones nuevas.

 

Para saber más, puedes pinchar aquí:

Web de addgene (2017)

On the Origin of CRISPR-Cas Technology: From Prokaryotes to Mammals
Francisco J.M. Mojica, Lluis Montoliu’;DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.tim.2016.06.005
(2016)

A Programmable Dual-RNA–Guided DNA Endonuclease in Adaptive Bacterial Immunity;
Martin Jinek, Krzysztof Chylinski, Ines Fonfara, Michael Hauer, Jennifer A. Doudna, Emmanuelle Charpentier; Science; DOI: 10.1126/science.1225829
(2012)

Multiplex Genome Engineering Using CRISPR/Cas Systems; Le Cong, F. Ann Ran, David Cox, Shuailiang Lin, Robert Barretto, Naomi Habib, Patrick D. Hsu, Xuebing Wu, Wenyan Jiang, Luciano A. Marraffini, Feng Zhang; Science; DOI: 10.1126/science.1231143 (2013)

CRISPR, el descubrimiento que va a curar el cáncer y el sida y que hará que vivamos más (2016)

Diferencia entre ADN y ARN (2014)

¿Qué es la tecnología CRISPR/Cas9 y cómo nos cambiará la vida? (2015)

 

 

 


 

Ilustraciones de Juan Francisco Abenza, investigador en el grupo de IBEC Integrative cell and tissue dynamics.

Texto de Juan Francisco Abenza y Pilar Rodríguez, divulgadora en IBEC.