La técnica CRISPR-Cas9

Revolución tecnológica en la ingeniería genética.

El gen es una secuencia de moléculas orgánicas (nucleótidos) contiguas en la doble hélice del ADN (ácido desoxirribonucleico) que almacena la información genética de un organismo vivo y permite transmitirla a su descendencia. Los genes se encuentran en los cromosomas. El conjunto de genes contenidos en los cromosomas de una especie se denomina genoma.

Cada nucleótido está formado por cuatro bases nitrogenadas (adenina (A), timina (T), guanina (G), y citosina (C)), un azúcar y un fosfato. Las cuatro bases nitrogenadas definen los tipos de nucleótidos. La disposición secuencial de estas cuatro bases a lo largo de las cadenas del ADN es la que codifica la información genética. La doble hélice del ADN está formada por dos cadenas de nucleótidos, unidas entre sí por unas conexiones denominadas puentes de hidrógeno. Estas conexiones obedecen el siguiente criterio de complementariedad: A-T y G-C.

La secuenciación del ADN es un conjunto de métodos y técnicas bioquímicas cuya finalidad es la determinación del orden de los nucleótidos (A, C, G y T) en una cadena de ADN. La secuencia de ADN constituye la información genética heredable que forma la base de los programas de desarrollo de los seres vivos.

Los seres vivos se clasifican según su número de células en: (1) procariotas que son organismos de una célula sin núcleo, principalmente bacterias, y (2) eucariotas con múltiples células con núcleo que corresponden a las plantas, animales y hongos. En los eucariotas, el ADN se encuentra en el núcleo de las células y es igual en todas las células del organismo. En los procariotas el ADN se encuentra distribuido en toda la célula ya que carecen de núcleo. En el mundo existe un mayor número de procariotas que eucariotas.

Existe una tercera categoría de organismos que no son celulares que son los virus. Los virus necesitan de las células para sobrevivir e infectan organismos procariotas y eucariotas. Los virus están compuestos de trozos de material genético y una cubierta proteica llamada cápside. Al infectar un organismo los virus inyectan su material genético a la célula alterando su genoma para hacer que la célula reproduzca copias del virus matando la célula en este proceso. Es decir, reprograman la secuencia de nucleótidos (A, C, G y T) para que la célula altere su ciclo reproductivo normal.

La ingeniería genética manipula el genoma de un organismo usando la biotecnología para modificar los genes, eliminarlos o duplicarlos. Las modificaciones del genoma se realizan alterando, suprimiendo o agregando nucleótidos (A, C, G y T) a la secuencia del ADN.  La secuenciación del ADN de un organismo permite saber el orden establecido de los nucleótidos en el ADN de un organismo. En teoría, se puede recrear una célula Y a partir de una célula X alterando el orden de los nucleótidos de una célula X para que reproduzca el orden de los nucleótidos de una célula Y. Es decir, reescribiendo el programa genético contenido en el genoma de un organismo uno puede obtener un organismo diferente. La secuenciación del genoma de un organismo nos permite conocer su programa genético y por lo tanto estar en condiciones de generar dicho organismo a partir de cualquier otro material genético. El problema es cómo lograr en la práctica realizar las alteraciones de los nucleótidos. En palabras simples, cómo lograr las tijeras y el pegamento biotecnológico que nos permita cortar un segmento del ADN y luego pegarlo en otra posición de la doble hélice del ADN.

Los primeros avances revolucionarios en biotecnología se han dado en el campo de la secuenciación del ADN. Hace una década la técnica de secuenciación del genoma de un organismo era un proceso lento y costoso. Tomaba años lograr la secuenciación del ADN de organismos de una célula (procariotas). En la actualidad esta secuenciación se puede lograr en horas.

La secuenciación de los genomas de diferentes organismos ha permitido establecer que la información genética es muy parecida entre ellos. Un primate tiene más del 99 % de material genético similar al genoma humano. Adicionalmente, se ha establecido que el genoma de un organismo tiene segmentos del ADN que no cumplen una función específica (intrones) sino que actúan como separadores de las funciones asignadas a otras partes del ADN (exones).

En 1993 un investigador español, Francisco Mojica, descubrió en el ADN de organismos procariotas unas secuencias de nucleótidos que se repetían en gran número, separados por espaciadores cuya función era difícil de explicar. A partir de múltiples correlaciones con el ADN de ciertos virus llegó a identificar que el código genético contenido en los espaciadores de estas secuencias repetidas era igual al código genético de los virus. Estudios posteriores demostraron que cuando un virus infecta a un procariota, el procariota toma la información genética del virus, la incorpora a su material genético y la transmite a su descendencia. Cuando el mismo virus ataca a la descendencia del procariota, el organismo utiliza la nueva información almacenada en su ADN para neutralizar al virus. Este mecanismo inmunológico de los procariotas no funciona en los eucariotas por ser organismos de células múltiples. A esta secuencia de repeticiones intercaladas con los espaciadores Francisco Mojica la bautizó con el nombre de CRISPR, “Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats”.

En 2012, la norteamericana Jennifer Doudna y la francesa Emmanuelle Charpentier, demostraron que el mecanismo autoinmune CRISPR podía convertirse, cuando asociado a una proteína (Cas9 – CRISPR associated protein 9), en unas verdaderas tijeras biológicas que permiten “cortar y pegar” los genomas de procariotas y eucariotas.

Si bien ya existían métodos de edición genética desde 1980 como el ZFN (zinc finger nuclease) y el TALEN (transcription activator-like effector nucleases), estos métodos son muy costosos e imprecisos. El nuevo método denominado CRISPR-Cas9 es simple, preciso y sumamente económico. En el 2012 la revista Science designó al método CRISPR-Cas9 como el descubrimiento del año.  El MIT Technology Review lo ha considerado como el más importante avance del año en 2016. Las descubridoras Doudna y Charpentier han recibido premios de diferentes países y van camino a recibir el Premio Nobel.

Las aplicaciones de esta nueva técnica de ingeniería genética son incontables. La adaptación de semillas a cualquier tipo de substrato, que antes demoraba años, ahora será posible hacer en semanas. El combate a enfermedades hereditarias será potenciado significativamente con el CRISPR-Cas9. El trasplante de órganos hechos a la medida en animales será una realidad. La producción de carne elaborada a partir de sustratos de proteína vegetal ya es una realidad. La guerra por los derechos de las patentes a esta tecnología que se ha desatado revela la importancia de este descubrimiento. Cuestiones éticas asociadas al uso de esta tecnología también se han levantado.

Como siempre nuestro país está en la cola de esta tecnología. A pesar de ser muy económica y de fácil aplicación no se tiene noticia de un apoyo del Ejecutivo o del Legislativo al establecimiento de laboratorios que promuevan su aplicación. Además, sigue vigente la prohibición del uso de semillas genéticamente mejoradas, lo que resta competitividad a los agricultores frente a productos importados.