‘TIJERAS GENÉTICAS’ CRISPR
La tecnología de edición genética CRISPR ha supuesto una revolución en el ámbito científico.
La Real Academia de las Ciencias de Suecia ha concedido a Emmanuelle Charpentier y Jennifer A. Doudna el premio Nobel de Química 2020 por CRISPR-Cas9.
Suecia ha decidido premiar uno de los grandes descubrimientos genéticos de nuestro tiempo, las tijeras moleculares; un sistema revolucionario que ha permitido darle la vuelta a muchas de las cosas que sabíamos sobre nuestros genes. pero se ha olvidado al español que descubrió el mecanismo, Francis Mojica.
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Mojica nos confesó que «cuando descubrimos CRISPR, me dije: «esto va a ser una locura en biología» y luego no pasó absolutamente nada». De hecho, esa «nada» duró muchos años. Años en los que CRISPR parecía una curiosidad científica sin mayor importancia y trabajar en el tema, como hizo Mojica, era visto como una excentricidad.
Hasta que, en agosto de 2012, Emmanuelle Charpentier y Jennifer A. Doudna publicaron un trabajo en Science en el que demostraban que podíamos usar ese mecanismo a nuestro favor. Es decir, ellas fueron las que descubrieron cómo usarlo. A partir de ese momento, todo cambió.
Como nos decía Montoliu, no es que CRISPR nos dejara hacer las cosas más rápido, es que nos permitía hacer cosas que nunca habíamos soñado poder hacer. Nos abría de forma sencilla, barata y precisa las puertas del código genético y esto, en un mundo habituado al hype y al humo, bien se merece un Nobel.
Usando solo una secuencia de ARN como guía, podemos inmunizar microorganismos importantes de uso comercial (como el Penicillium roqueforti, responsable del queso roquefort), recuperar especies animales o hacer modificaciones genéticas en personas para erradicar las peores enfermedades genéticas. El boom genético de estos últimos años (también en sus lados más polémicos) se debe en buena medida a ellas.
Conocidas como ‘tijeras genéticas’ o ‘corta y pega genético’, la técnología de edición del genoma humano CRISPR-Cas9 es una herramienta biológica que ha supuesto una auténtica revolución científica. Esta metodología, que permite cortar y pegar ADN, eliminar un gen patologico y cambiarlo por otro que no origine una determinada enfermedad, recibió en 2020 el premio Nobel de Química, de la mano de Emmanuelle Charpentier, del Instituto Max Planck, en Alemanía, y de Jennifer A. Doudna, de la Universidad de California, en Berkeley, Estados Unidos, y bajo los antecedentes del español Francis Mojica, de la Universidad de Alicante, y primer científico que estudió las secuencias CRISPR, a las que puso nombre.
En el estudio, Beisel indica que al igual que los humanos, las bacterias y las arqueas pueden ser atacadas por virus. Estos microorganismos han desarrollado, sin embargo, sus propias estrategias de defensa inmune contra sus patógenos.
Las defensas bacterianas, como los sistemas CRISPR-Cas, tienen diversas proteínas y funciones que ayudan a las bacterias a protegerse contra invasores extraños. La defensa se basa en un mecanismo común: un ácido ribonucleico CRISPR (crRNA), que actúa como un ‘ARN guía’ y que ayuda a detectar regiones de un genoma extraño, como el ADN de un virus, para la escisión dirigida.
La nucleasa asociada a CRISPR (Cas) dirigida por un crRNA puede cortar su objetivo como un par de tijeras: una estrategia de la naturaleza que los humanos han aprovechado en muchas tecnologías.
Según Oleg Dmytrenko, primer autor del estudio y del Instituto Helmholtz de Würzburg para la investigación de infecciones basadas en ARN (HIR), el hallazgo se produjo cuando el equipo exploraba las nucleasas CRISPR que originalmente se agruparon con Cas12a, nucleasas que defienden a las bacterias al reconocer y dividir el ADN invasivo.
Después de obtener más conocimiento de ellas, el equipo observó que eran lo suficientemente diferentes de Cas12a como para justificar una inmersión más profunda. «Esta exploración nos llevó a descubrir que estas nucleasas, a las que llamamos Cas12a2, llevan a cabo actividades diferentes, no solo de Cas12a sino también de cualquier otra nucleasa CRISPR conocida».
Chase Beisel y Oleg Dmytrenko, investigadores de la Universidad de Würzburg, en Alemania. Foto: HIR.
Según los investigadores, la diferencia crucial radica en el mecanismo de su acción de defensa. Cuando Cas12a2 reconoce el ARN invasivo, la nucleasa lo escinde, pero también puede dañar otro ARN y ADN dentro de la célula, lo que afecta su crecimiento y limita la propagación de la infección.
«En general, estas estrategias de defensa que abortan la infección se han conocido en bacterias», señala Dmytrenko. A su juicio, «algunos otros sistemas CRISPR-Cas funcionan de esta manera. Sin embargo, no se había observado antes un mecanismo de defensa basado en CRISPR que dependa de una sola nucleasa para reconocer al invasor y degradar el ADN y el ARN celular».
La secuencia de proteínas y la arquitectura de Cas12a2 discriminan esta nucleasa de Cas12a. Activado por una secuencia flanqueante de protoespaciador (PFS), Cas12a2 reconoce los ARN diana que son complementarios a su ARN guía. El ARN dirigido desencadena la escisión del ácido nucleico colateral que degrada el ARN, el ADN monocatenario y el ADN bicatenario, explican los autores en el trabajo publicado.
Esta actividad conduce a la detención celular, presumiblemente al dañar el ADN y el ARN en la célula, lo que perjudica el crecimiento. Cas12a2 se puede utilizar para el diagnóstico molecular y la detección directa de biomarcadores de ARN, como lo demuestra la prueba de principio.
En un análisis estructural adicional de la nucleasa realizado por el segundo equipo de investigación, autor del artículo complementario en la misma edición de Nature, se ha demostrado que Cas12a2 experimenta cambios estructurales importantes después de unirse a su objetivo de ARN en varias etapas de la respuesta inmune.
«Esto, a su vez, conduce a una hendidura expuesta en la nucleasa que puede triturar cualquier ácido nucleico que encuentre, ya sea ARN, ADN monocatenario o ADN bicatenario».
La investigación también ha descubierto formas de mutar Cas12a2 para alterar el ácido nucleico que la nucleasa degrada después de reconocer su objetivo de ARN, detalles que abren aplicaciones tecnológicas potencialmente amplias para el futuro.
Raquel Serrano. Madrid
Jue, 05/01/2023 – 08:00