¿Qué es CRISPR/Cas9?

Por Joaquín Araos (Bioquímica UC)

Desde que se descubrió la estructura de la doble hebra de ADN y cómo estudiarlo, los biólogos han intentado manipular la información guardada en la secuencia del ADN, ya sea para un fin científico o aplicado. Uno de los más grandes adelantos científicos del último tiempo es el sistema de edición de genes CRISPR/Cas9, el cual promete revolucionar la biomedicina.
Normalmente la ciencia avanza de forma gradual en el tiempo, con pocos saltos grandes que cambian la forma en que vemos el universo y nuestras más notables tecnologías y aparatos. La biología por su parte ha dado algunos grandes saltos desde que la estructura de la doble hélice de ADN fue descrita por Watson y Crick hace no muchos años, dando paso a una exquisita diversidad de descubrimientos y avances que ni llegaron a soñar los biólogos de principios del siglo XX. Ahora, en este siglo, lleno de sorpresas científicas por descubrir, es que un nuevo hito en las ciencias biólogicas y posiblemente en la medicina aparece: la edición de genes por el novedoso sistema CRISPR/Cas9. Mucho se menciona y debate acerca de esta técnica llamada por muchos como el ‘’Santo Grial’’ de la genética, pero en realidad ¿Qué es CRISPR/Cas9? ¿Cómo funciona?
La sigla CRISPR proviene del inglés: ‘’clustered regularly interspaced short palindromic repeats’’ o ‘’repeticiones palindrómicas cortas agrupadas y regularmente interespaciadas’’. Las secuencias CRISPR se encuentran en bacterias y arqueas funcionando como repeticiones cortas de secuencias de bases en el genoma, entre ellas existen ‘’secuencias espaciadoras’’ (las cuales separan una secuencia  CRISPR de otra) provenientes de virus. El descubrimiento de las secuencias CRISPR dio paso a elucidar cómo las bacterias y arqueas poseen una cierta capacidad de ‘’memoria’’ frente a la expocisión a diversos virus. Por otro lado, las secuencias CRISPR existen funcionalmente asociadas a las proteínas Cas, las cuales se asocian con moléculas de ARN transcritas desde los espaciadores virales y poseen actividad nucleasa (capaz de cortar el ADN de doble hebra). El gran truco de los organsmos procariontes para poder eliminar el ADN viral exógeno es que estos ARN funcionan como como ‘’guías’’ para la proteína Cas al unirse al ADN viral exógeno luego de una  infección, y se conocen como ‘’CRISPR RNA (crRNA)’’. Otra molécula de ARN llamada ‘’trans-activating RNA (tracrRNA)’’ o ‘’ARN de transactivación’’, funciona uniendo el crRNA con la proteína Cas, completando un complejo ARN-proteína ternario que se unirá al ADN viral exógeno.

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Mecanismo de acción del sistema CRIPR/Cas en bacterias

Al unirse el crRNA al ADN exógeno por complementariedad de bases, la proteína Cas actúa como nucleasa cortando el ADN viral e inactivando su función. El sistema CRISPR/Cas fue interpretado como una especie de ‘’sistema inmune adaptativo’’ presente en procariontes, particularmente por medio de la proteína nucleasa Cas9 en bacterias, dando paso a lo conocemos actualmente como ‘’CRISPR/Cas9’’.
Cuando se pudo desentrelazar el mecanismo por el cual opera el sistema CRISPR/Cas9 se vislumbró una posibilidad no menos interesante que su función biológica: la posibilidad de editar secuencias de ADN específicas. Jennifer Doudna (Universidad de California, Berkeley) y Emmanuel Charpentier (Universidad de Umeå, Suecia) estuvieron trabajando en conjunto para dilucidar el mecanismo por el cual CRISPR/Cas9 actuaba en las bacterias y en la posible aplicación de esto para editar genes. En el año 2012, publicaron el artículo ‘’A programmable dual DNA-RNA guided DNA endonuclease in adaptive bacterial immunity’’ en la revista Science, dando paso a la revolucionaria técnica de edición de genes que tanto ha dado que hablar en estos últimos meses.

Jennifer Doudna, Howard Hughes Investigator and Professor of Chemistry and Molecular and Cell Biology, is seen in her lab at the University of California, Berkeley on Monday, Nov. 12, 2012 in Berkeley, CA. Doudna's research explores RNA-mediated gene regulation. ..(Ryan Anson / AP Images for HHMI)
Jennifer Doudna (Universidad de California, Berkeley)

El sistema CRISPR/Cas9 es capaz de cortar secuencias de ADN de forma mucho más específica, y mediante este se logran insertar nuevas secuencias de ADN por recombinación de forma selectiva y específica en el genoma de cualquier organismo. La aplicación, tanto en ciencia básica como en medicina de esta técnica, es al parecer, limitada solamente por el ingenio y la imaginación de los investigadores. Se ha planteado usar a CRISPR/Cas9 para poder desarrollar líneas celulares y modelos animales o vegetales mucho más adecuados para ser utilizados en el laboratorio, también se ha propuesto utilizar esta técnica para mejorar genéticamente cultivos de interés comercial de forma segura y rápida.

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Emmanuel Charpentier (Universidad de Umeå, Suecia)

Si bien en la investigación básica y en la agricultura existen numerosas opciones para poder aprovechar las ventajas que ofrece el sistema CRISPR/Cas9, una de las posibilidades más polémicas y ambiciosas es la aplicación biomédica de éste. Se ha planteado que se podría diseñar un CRISPR/Cas9 capaz de editar las mutaciones en genes relacionados a enfermedades genéticas, de esta forma curar diversos tipos de enfermedades que tienen origen en errores de secuencia en genes claves para procesos fisiológicos en el ser humano. Un ejemplo es el posible uso de CRISPR/Cas9 en la cura contra la distrofia muscular de Duchenne, al cual se sabe que se origina por mutaciones en el gen de la distrofina que lo llevan a poseer un marco de lectura alterado, o sea, que la proteína sintetizada a partir de esa secuencia es incompleta y sin poder ejercer su función. La distrofia muscular es solamente un ejemplo de un campo amplío de enfermedades genéticas que podrían potencialmente ser corregidas por CRISPR/Cas9, por lo que la cantidad de aplicaciones en biomedicina es virtualmente ilimitada.
Debido a que la edición genética nunca ha estado fuera del marco ético, el sistema CRISPR/Cas9 ha levantado bastantes críticas y consideraciones para su uso biomédico a futuro. No está claro aún qué tan seguro o efectivo sea editar genes artificialmente en humanos por medio de este sistema, ni tampoco sus consecuencias en el uso de CRISPR/Cas9 en embriones. Debido a lo anterior y al creciente número de posibilidades tecnológicas de este descubrimiento, queda en la práctica legal y en la bioética los límites que podría alcanzar la ‘’revolución CRISPR/Cas9’’ a futuro.
Como se mencionó al comienzo, pocas veces la biología ha dado grandes pasos en el conocimiento tan grandes como lo es el descubrimiento y la aplicación tecnológica de CRISPR/Cas9. Al parecer, sin importar el área investigativa que se desarolle, la terapia que se investigue o nuestras convicciones éticas, la era de la edición genética llegó para quedarse. Queda en las manos de los científicos y del marco legal qué tan profunda podría llegar a volverse esta revolución, sin embargo, es muy posible que en los años venideros nos encontremos con innumerables sorpresas de parte de CRISPR/Cas9.

Joaquín Araos, Licenciado en Bioquímica UC
Laboratorio de Fisiología Celular y Molecular (CMPL), Facultad de Medicina
Pontificia Universidad Católica de Chile