Introducción a la Edición del Genoma CRISPR

Imagine poder curar cualquier enfermedad genética, evitar que las bacterias resistan los antibióticos, alterar los mosquitos para que no puedan transmitir la malaria, prevenir el cáncer o trasplantar con éxito órganos de animales a personas sin rechazo. La maquinaria molecular para lograr estos objetivos no es el material de una novela de ciencia ficción ambientada en un futuro lejano. Estos son objetivos alcanzables que son posibles gracias a una familia de secuencias de ADN llamadas CRISPRs.

📋 Indice del contenido
  1. Qué Es CRISPR?
  2. Descubrimiento de CRISPR
  3. Cómo funciona CRISPR
  4. ¿Por qué Usar CRISPR?
  5. Usos de CRISPR
    1. Referencias Seleccionadas y Lecturas Adicionales

Qué Es CRISPR?

CRISPR (pronunciado "crisper") es el acrónimo de Repeticiones Cortas Agrupadas Regularmente Interespaciadas, un grupo de secuencias de ADN que se encuentran en bacterias que actúan como un sistema de defensa contra virus que podrían infectar una bacteria. Los CRISPR son un código genético que se descompone mediante "espaciadores" de secuencias de virus que han atacado a una bacteria. Si las bacterias se encuentran con el virus nuevamente, un CRISPR actúa como una especie de banco de memoria, lo que facilita la defensa de la célula.

Descubrimiento de CRISPR


Los CRISPR son secuencias de ADN repetitivas.
Andrew Brookes / Getty Images

El descubrimiento de repeticiones de ADN agrupadas se produjo de forma independiente en las décadas de 1980 y 1990 por investigadores en Japón, los Países Bajos y España. El acrónimo CRISPR fue propuesto por Francisco Mojica y Ruud Jansen en 2001 para reducir la confusión causada por el uso de diferentes acrónimos por diferentes equipos de investigación en la literatura científica. Mojica planteó la hipótesis de que los CRISPR eran una forma de inmunidad adquirida bacteriana. En 2007, un equipo dirigido por Philippe Horvath verificó experimentalmente esto. No pasó mucho tiempo antes de que los científicos encontraran una manera de manipular y usar CRISPRs en el laboratorio. En 2013, el laboratorio Zhang se convirtió en el primero en publicar un método de ingeniería CRISPRs para su uso en la edición de genomas humanos y de ratones.

Cómo funciona CRISPR


El complejo de edición de genes CRISPR-CAS9 de Streptococcus pyogenes: La proteína nucleasa Cas9 utiliza una secuencia de ARN guía (rosa) para cortar el ADN en un sitio complementario (verde).
MOLEKUUL / BIBLIOTECA FOTOGRÁFICA DE CIENCIAS / Getty Images

Esencialmente, CRISPR de origen natural proporciona una capacidad de búsqueda y destrucción de células. En las bacterias, CRISPR funciona transcribiendo secuencias espaciadoras que identifican el ADN del virus diana. Una de las enzimas producidas por la célula (por ejemplo, Cas9) se une al ADN diana y lo corta, desactivando el gen diana y desactivando el virus.

En el laboratorio, Cas9 u otra enzima corta el ADN, mientras que CRISPR le dice dónde cortar. En lugar de utilizar firmas virales, los investigadores personalizan los espaciadores CRISPR para buscar genes de interés. Los científicos han modificado Cas9 y otras proteínas, como Cpf1, para que puedan cortar o activar un gen. Apagar y encender un gen hace que sea más fácil para los científicos estudiar la función de un gen. Cortar una secuencia de ADN hace que sea fácil reemplazarla con una secuencia diferente.

¿Por qué Usar CRISPR?

CRISPR no es la primera herramienta de edición de genes en la caja de herramientas del biólogo molecular. Otras técnicas para la edición de genes incluyen nucleasas de dedos de zinc( ZFN), nucleasas efectoras similares a activadores de la transcripción (TALEN) y meganucleasas modificadas por ingeniería genética a partir de elementos genéticos móviles. CRISPR es una técnica versátil porque es rentable, permite una gran selección de objetivos y puede apuntar a ubicaciones inaccesibles para otras técnicas. Pero, la razón principal por la que es un gran problema es que es increíblemente simple de diseñar y usar. Todo lo que se necesita es un sitio diana de 20 nucleótidos, que se puede crear construyendo una guía. El mecanismo y las técnicas son tan fáciles de entender y usar que se están convirtiendo en estándar en los planes de estudio de biología de pregrado.

Usos de CRISPR


CRISPR se puede utilizar para desarrollar nuevos medicamentos utilizados para la terapia génica.
DAVID MACK / Getty Images

Los investigadores usan CRISPR para crear modelos celulares y animales para identificar genes que causan enfermedades, desarrollar terapias genéticas y diseñar organismos para que tengan rasgos deseables.

Los proyectos de investigación actuales incluyen:

  • Aplicación de CRISPR para prevenir y tratar el VIH, el cáncer, la enfermedad de células falciformes, el Alzheimer, la distrofia muscular y la enfermedad de Lyme. En teoría, cualquier enfermedad con un componente genético puede tratarse con terapia génica.
  • Desarrollo de nuevos medicamentos para tratar la ceguera y las enfermedades cardíacas. CRISPR / Cas9 se ha utilizado para eliminar una mutación que causa retinitis pigmentosa.
  • Extender la vida útil de los alimentos perecederos, aumentar la resistencia de los cultivos a plagas y enfermedades, y aumentar el valor nutricional y el rendimiento. Por ejemplo, un equipo de la Universidad de Rutgers ha utilizado la técnica para hacer que las uvas sean resistentes al mildiú velloso.
  • Trasplante de órganos de cerdo (xenotransplante) a humanos sin rechazo
  • Trayendo de vuelta mamuts lanudos y quizás dinosaurios y otras especies extintas
  • Hacer que los mosquitos sean resistentes al Plasmodium falciparum parásito que causa la malaria

Obviamente, CRISPR y otras técnicas de edición del genoma son controvertidas. En enero de 2017, la FDA de los Estados Unidos propuso pautas para cubrir el uso de estas tecnologías. Otros gobiernos también están trabajando en regulaciones para equilibrar los beneficios y los riesgos.

Referencias Seleccionadas y Lecturas Adicionales

  • Barrangou R, Fremaux C, Deveau H, Richards M, Boyaval P, Moineau S, Romero DA, Horvath P (marzo de 2007). "CRISPR proporciona resistencia adquirida contra virus en procariotas". Ciencia. 315 (5819): 1709–12.
  • Horvath P, Barrangou R (enero de 2010). "CRISPR/Cas, el sistema inmunológico de bacterias y arqueas". Ciencia. 327 (5962): 167–70.
  • Zhang F, Wen Y, Guo X (2014). "CRISPR/Cas9 para la edición del genoma: avances, implicaciones y desafíos". Genética Molecular Humana. 23(R1): R40-6.

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