Estimad@s Clientes y/o amantes del LEAN:
Noticias de estos días han puesto definitivamente en el foco
de interés la herramienta de edición genética CRISPR, descubierta por Francisco
Mojica, profesor de Microbiología en la Universidad de Alicante
La herramienta original se bautizó como CRISPR/Cas9 y tenía
unos efectos indeseados
Recientemente, unos científicos de la Universidad de Copenhague,
liderados por el español Guillermo Montoya, han dado un paso más, y lo han
bautizado como CRISPR/Cas12a, que permite afinar el proceso de edición genética
para lograr solo los efectos deseados
En este post resumo lo más interesante que he encontrado en
Internet sobre este tema
Francisco Mojica: el padre CRISPR, la herramienta de
edición genética más precisa que existe
Francisco Martínez Mojica es profesor del departamento de
Fisiología, Genética y Microbiología de la Universidad de Alicante (España) y
padre de la técnica de edición genética CRISPR/Cas9, junto a las
bioquíminas Emmanuelle Charpentier (Francia) y Jennifer Doudna (EE.UU.).
En 1986, Mojica se licenció en Biología con especialidad en
Bioquímica en la Universidad de Valencia (España), doctorándose siete años más
tarde por la Universidad de Alicante con el premio extraordinario de doctorado.
Mientras realizaba la tesis, se trasladó temporalmente a la Universidad Paris
XI (Francia) donde se inició en el análisis de la estructura del ADN. Además,
realizó dos estancias postdoctorales, en las universidades de Utah (EE.UU.) y
Oxford (Reino Unido), investigando sobre diversos aspectos de la fisiología y
biología molecular de bacterias.
En la década de los 90, el científico descubrió unas
regiones del genoma de microorganismos que se repetían muchas veces y a
las que denominó CRISPR (del
inglés: Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats), gracias a
las cuales estos seres podían sobrevivir en ambientes inhóspitos como las
salinas.
Las secuencias resultaron ser una forma de sistema
inmunológico adaptativo; un tipo de sistema de defensa mediante el cual las
bacterias guardan en su genoma pequeños segmentos de ADN idénticos a los de los
virus que las atacan: si en el futuro fuera atacadas nuevamente, las
bacterias reconocería los virus de inmediato y los cortarían. En este
sistema se inspiraría la extraordinariamente precisa técnica de
edición genética que lo ha convertido en uno de los investigadores con más
relevancia de la medicina.
Años más tarde, en 2012, las investigadoras Emmanuelle
Charpentier y Jennifer Doudna utilizaron este descubrimiento para desarrollar
la herramienta que permite de editar el ADN de cualquier ser vivo. CRISPR
permite modificar el genoma con un acierto sin precedentes y de una forma mucho
más sencilla y barata que cualquier método anterior, lo que ha supuesto una
verdadera revolución para la biomedicina.
Su potencial capacidad de eliminar fallos genéticos en
embriones humanos la he llevado a protagonizar titulares de todo el mundo
durante la última semana, desde que He
Jiankui, un investigador chino aseguró haber creado los primeros bebes usando la herramienta de edición genética
CRISPR, para que los niños sean inmunes al virus del VIH, la viruela
y el cólera. La comunidad científica, incluído su creador, Mojica, ha mostrado un rechazo unánime a la
manipulación genética de embriones humanos.
Un Nobel que se hace esperar
El científico lleva un tiempo sonando como favorito para el
Premio Nobel de Medicina, un galardón que sigue sin llegar. Sin embargo, se ha
convertido en el primer científico español en lograr el galardón más prestigioso de
medicina de Estados Unidos, el Premio Albany, y cuenta también con
el Plus Alliance a la Innovación Global, otro de los más valorados
del ámbito científico, entre innumerables reconocimientos más. Mojica ha
destacado en alguna ocasión uno que tiene más carga emotiva que
científica: el de ser hijo predilecto de su ciudad natal,
Elche.
Uno de los motivos por el que la Academia se hace de
rogar podría ser que la herramienta no ha demostrado estar exenta de riesgo: en
mayo del año pasado, un estudio publicado en Nature Methods,
encontró que, aunque la técnica había corregido con éxito un gen causante de la
ceguera en ratones, también había causado que dos
de los animales sufran más de 1500 mutaciones y más de 100 inserciones y
pérdidas de material genético. Sin embargo, muchos expertos
aseguran que será cuestión de tiempo que el jurado de los Nobel acabe
reconociendo el valor de CRISPR/Cas9, si no en la categoría de Medicina, al
menos en la de Química.
Mientras el galardón sueco llega o no, Mojica también
desarrolla una segunda línea de estudio en la Universidad de Alicante, donde es
profesor desde 1997 y fundó el grupo de investigación en Microbiología
Molecular: la utilización de bacteriófagos como alternativa a
los antibióticos comunes, un trabajo que si da los resultados
deseados, también podría llegar a revolucionar la medicina.
Esta noticia ha sido publicada originalmente en N+1, ciencia que suma.
¿Qué es la tecnología CRISPR/Cas9 y cómo nos cambiará
la vida?
La tecnología CRISPR/Cas9 es una
herramienta molecular utilizada para “editar” o “corregir” el genoma de
cualquier célula. Eso incluye, claro está, a las células humanas. Sería algo
así como unas tijeras moleculares que son capaces de cortar cualquier molécula
de ADN haciéndolo además de una manera muy precisa y totalmente
controlada. Esa capacidad de cortar el ADN es lo que
permite modificar su secuencia, eliminando o insertando nuevo ADN.
Las siglas CRISPR/Cas9 provienen de Clustered
Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, en español “Repeticiones
Palindrómicas Cortas Agrupadas y Regularmente interespaciadas.” La segunda es
el nombre de una serie de proteínas, principalmente unas nucleasas, que las
llamaron así por CRISPR associated system (es decir: “sistema
asociado a CRISPR”).
¿Cómo surgió?
Todo comenzó en 1987 cuando se publicó un artículo en el
cual se describía cómo algunas bacterias (Streptococcus pyogenes) se
defendían de las infecciones víricas. Estas bacterias tienen unas enzimas que
son capaces de distinguir entre el material genético de la bacteria y el del
virus y, una vez hecha la distinción, destruyen al material genético del virus.
Streptococcus pyogenes
Sin embargo, las bases de este mecanismo no se conocieron
hasta más adelante, cuando se mapearon los genomas de algunas bacterias y otros
microorganismos. Se encontró que una zona determinada del genoma de muchos
microorganismos, sobre todo arqueas, estaba llena de
repeticiones palindrómicas(que
se leen igual al derecho y al revés) sin ninguna función aparente. Estas
repeticiones estaban separadas entre sí mediante unas secuencias denominadas
“espaciadores” que se parecían a otras de virus y plásmidos.
Justo delante de esas repeticiones y “espaciadores” hay una secuencia llamada
“líder”. Estas secuencias son las que se llamaron CRISPR (“Repeticiones
Palindrómicas Cortas Agrupadas y Regularmente interespaciadas”). Muy cerca de
este agrupamiento se podían encontrar unos genes que codificaban para un tipo
de nucleasas: los genes cas.
Las secuencias repetidas del CRISPR. Tomado de: Karginov FV
y Hannon GJ. Mol Cell 2010
Cuando un virus entra dentro de la bacteria toma el control
de la maquinaria celular y para ello interacciona con distintos componentes
celulares. Pero las bacterias que tienen este sistema de defensa tienen un
complejo formado por una proteína Cas unida al ARN producido a partir de las
secuencias CRISPR. Entonces el material génico del virus puede interaccionar
con este complejo. Si ocurre eso, el material genético viral es inactivado y
posteriormente degradado. Pero el sistema va más allá. Las proteínas Cas son
capaces de coger una pequeña parte del ADN viral, modificarlo e integrarlo
dentro del conjunto de secuencias CRISPR. De esa forma, si esa bacteria (o su
descendencia) se encuentra con ese mismo virus, ahora inactivará de forma mucho
más eficiente al material genético viral. Es, por lo tanto, un verdadero
sistema inmune de bacterias.
Proceso por el que el sistema CRISPR/Cas9 inactiva virus e
integra parte de sus secuencias en el genoma de la bacteria.
Durante los años subsiguientes se continuó la investigación
sobre este sistema, pero no fue hasta el año 2012 en el que se dio el paso
clave para convertir este descubrimiento, esta observación biológica en una
herramienta molecular útil en el laboratorio. En agosto de este año un equipo
de investigadores dirigido por las doctoras Emmanuelle
Charpentier en la Universidad de Umeå y Jennifer Doudna,
en la Universidad de California en Berkeley, publicó un artículo en
la revista Science el que se
demostraba cómo convertir esa maquinaria natural en una herramienta de edición
“programable”, que servía para cortar cualquier cadena de ADN in vitro.
Es decir, lograban programar el sistema para que se dirigiera a una posición
específica de un ADN cualquiera (no solo vírico) y lo cortaran.
Jennifer Doudna y Emmanuelle Charpentier
Una nueva herramienta CRISPR logra mayor precisión en
la edición genética
Científicos de la Universidad de Copenhague,
liderados por el español Guillermo Montoya, han descrito cómo funciona una de
las tecnologías CRISPR, denominada Cas12a, a nivel molecular. Este avance
permitirá afinar el proceso de edición genética para lograr solo los efectos
deseados.
En una semana marcada por el escándalo provocado por el anuncio de que un científico chino podría haber creado los primeros bebés modificados genéticamente con CRISPR, este equipo de investigadores en Dinamarca ha logrado un avance que hace que la edición genética con esta herramienta de corta-pega genético sea más precisa.
El trabajo, disponible en la versión on line de Cell, será portada en la edición impresa de la revista, que saldrá el próximo 13 de diciembre.
El descubrimiento de las tijeras moleculares CRISPR ha supuesto una revolución en la biología celular y generado muchas expectativas respecto a sus posibles aplicaciones médicas, pero también un amplio debate, especialmente centrado en cuestiones éticas y en el grado de precisión y efectos secundarios de la tecnología.
El equipo de Montoya, en la Novo Nordisk Foundation Center for Protein Research de la Universidad de Copenhague, investiga para dotar a la herramienta de una mayor eficacia. Para conseguirlo, han puesto el foco en las diversas proteínas que cortan de forma específica el ADN.
En una semana marcada por el escándalo provocado por el anuncio de que un científico chino podría haber creado los primeros bebés modificados genéticamente con CRISPR, este equipo de investigadores en Dinamarca ha logrado un avance que hace que la edición genética con esta herramienta de corta-pega genético sea más precisa.
El trabajo, disponible en la versión on line de Cell, será portada en la edición impresa de la revista, que saldrá el próximo 13 de diciembre.
El descubrimiento de las tijeras moleculares CRISPR ha supuesto una revolución en la biología celular y generado muchas expectativas respecto a sus posibles aplicaciones médicas, pero también un amplio debate, especialmente centrado en cuestiones éticas y en el grado de precisión y efectos secundarios de la tecnología.
El equipo de Montoya, en la Novo Nordisk Foundation Center for Protein Research de la Universidad de Copenhague, investiga para dotar a la herramienta de una mayor eficacia. Para conseguirlo, han puesto el foco en las diversas proteínas que cortan de forma específica el ADN.
Solo los efectos deseados
“Lo que hemos logrado ahora es describir cómo funciona una
de estas tijeras moleculares, llamada Cas12a, a nivel molecular, lo
que permitirá afinar el proceso de edición genética para lograr solo los
efectos deseados”, comenta Montoya a Sinc.
El investigador explica que en el estudio han utilizado un criomicroscopio electrónico de última generación para poder visualizar a escala atómica cómo se origina el corte de las moléculas de ADN con este bisturí. Esta tecnología les ha permitido tomar fotografías de las diferentes formas de la molécula cuando CRISPR Cas12a corta la cadena de ADN.
El equipo lo combinó con una técnica de microscopía fluorescente, que permite observar directamente los movimientos de las moléculas y la secuencia de eventos para cada proteína individual. Entre otras cosas, la película reveló a loscientíficos qué tres ‘piezas’ de las herramientas CRISPR deben cambiar de forma para que el ADN sea cortado correctamente.
Nikos Hatzakis, otro de los autores, indica que gracias a esa información "se han logrado generar variantes de Cas12a que solo cortan específicamente el ADN diana y no provocan actividad inespecífica sobre el ADN de cadena sencilla”.
El investigador explica que en el estudio han utilizado un criomicroscopio electrónico de última generación para poder visualizar a escala atómica cómo se origina el corte de las moléculas de ADN con este bisturí. Esta tecnología les ha permitido tomar fotografías de las diferentes formas de la molécula cuando CRISPR Cas12a corta la cadena de ADN.
El equipo lo combinó con una técnica de microscopía fluorescente, que permite observar directamente los movimientos de las moléculas y la secuencia de eventos para cada proteína individual. Entre otras cosas, la película reveló a loscientíficos qué tres ‘piezas’ de las herramientas CRISPR deben cambiar de forma para que el ADN sea cortado correctamente.
Nikos Hatzakis, otro de los autores, indica que gracias a esa información "se han logrado generar variantes de Cas12a que solo cortan específicamente el ADN diana y no provocan actividad inespecífica sobre el ADN de cadena sencilla”.
Más precisa que la Cas9
Los resultados del estudio muestran, en opinión de Montoya,
que la proteína Cas12a es más precisa que la Cas9, la herramienta CRISPR
de edición genética, descubierta por Jennifer Doudna y Emmanuelle Charpentier en 2012.
“Hemos visto que Cas12a produce menos efectos indeseados como herramienta de corta-pega genético, que Cas9. Esto se debe a que genera extremos cohesivos -mientras que Cas9 produce extremos romos-. De esta manera, favorece la inserción de fragmentos nuevos de ADN. Por ello, esperamos que este nuevo bisturí se convierta en la principal herramienta molecular de edición genética”, resalta Montoya.
El investigador destaca que estas características hacen idónea a la proteína para ser usada en aplicaciones de edición ex vivo: "Por ejemplo, en la corrección de algunas enfermedades monogénicas, el desarrollo de líneas célulares para inmunoterapia o en leucemias donde este tratamiento es posible”.
“Hemos visto que Cas12a produce menos efectos indeseados como herramienta de corta-pega genético, que Cas9. Esto se debe a que genera extremos cohesivos -mientras que Cas9 produce extremos romos-. De esta manera, favorece la inserción de fragmentos nuevos de ADN. Por ello, esperamos que este nuevo bisturí se convierta en la principal herramienta molecular de edición genética”, resalta Montoya.
El investigador destaca que estas características hacen idónea a la proteína para ser usada en aplicaciones de edición ex vivo: "Por ejemplo, en la corrección de algunas enfermedades monogénicas, el desarrollo de líneas célulares para inmunoterapia o en leucemias donde este tratamiento es posible”.
Sensor molecular
Además, en este estudio -agrega- “hemos sido capaces de
generar otras variantes que solo cortan ADN de cadena sencilla
inespecíficamente. Esta propiedad de Cas12a se puede utilizar para convertir a
la proteína en un sensor molecular, que se podrá emplear en biopsias y en
detectar infecciones virales o bacterianas. También se podría usar en
aplicaciones medioambientales e industriales, como, por ejemplo, en la
detección de contaminación por microorganismos en alimentos".
Como siempre, he incluido estas reflexiones en mi blog
“Historias del LEAN”:
Que disfrutéis cada hora del fin de semana
Un cordial saludo
Alvaro Ballesteros
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