Genoma a la carta. ¿Cómo funciona CRISPR-Cas9?

La tecnología CRISPR imita el sistema inmune (también llamado CRISPR) de ciertas bacterias cuando son infectadas por viruses. El mecanismo descubierto en las bacterias funciona de la siguiente forma: una proteína bacteriana capaz de cortar el ADN (Cas9) detecta el genoma viral con la ayuda de un ARN guía (gRNA) específico del virus y lo destruye. Este sistema también tiene ‘memoria’, como nuestro sistema inmunitario, ya que el gRNA utilizado para un virus determinado puede ser almacenado en el genoma de la bacteria para infecciones futuras.

¿Y cómo nos permite editar el genoma?

Los dos personajes principales de esta historia son el gRNA (compuesto por una parte constante que se une a la proteína y otra parte que es específica del genoma diana); y las ‘tijeras’ de DNA, Cas9. Para empezar, tanto el RNA guía como Cas9 se introducen en la célula. El gRNA se diseña en el laboratorio para que se dirija a la región del ADN que va a ser modificada. Una vez dentro, se encuentran el uno al otro y el RNA guía actúa como un GPS ayudando a Cas9 a llegar a la región de interés dentro del genoma (figura 1 y 2). Al llegar, Cas9 corta el ADN. Este corte fuerza a la maquinaria de ‘respuestas al daño en el ADN’ (DDR, por sus siglas en inglés), una especie de bomberos celulares, a moverse a la zona. Durante los procesos de reparación, y dependiendo del objetivo final, pueden darse dos escenarios distintos (figuras 3 y 4):

• Bloqueo del gen o Knock out (KO) (Figura 4.1). Es la forma más sencilla de utilizar CRISPR-Cas9 y consiste en eliminar información existente en el genoma. La maquinaria de reparación une los extremos de ADN en el sitio de corte, aunque causando mutaciones en la secuencia original. Esto resulta en una inactivación del gen.
• Inserción de ADN o knock in (KI) (Figura 4.2). Se da cuando el objetivo es añadir información adicional en el genoma. En este caso un tercer actor entra en escena: el ‘molde de reparación’, el cual es introducido a la célula junto con el gRNA y Cas9. Este molde de reparación es una pieza de ADN que contiene la información que se añadirá (coloreada en lila), rodeada por unos brazos de homología (en naranja) para unirse a la región de interés. En este contexto la maquinaria de reparación reconocerá este molde y lo introducirá en la posición que los brazos de homología indiquen.

¿Cuál es el impacto de este avance en nuestra sociedad?

Las tres principales áreas de aplicación de esta técnica son: la investigación, la agricultura y la biotecnología de las plantas y la medicina.

El uso más común es en investigación, donde los científicos modifican genes de interés para sus estudios, como por ejemplo genes involucrados en determinadas enfermedades. Otra implementación es la producción de plantas transgénicas. ¿Cuál es la ventaja aquí? Pues por ejemplo la producción de plantas resistentes a ciertos virus. En cualquier caso, la implementación de esta tecnología para la modificación de plantas no es legal todavía en algunos países, como es el caso para países de la Unión Europea.

La última pero no menos importante, es el uso de CRISPR-Cas9 para propósitos médicos. La terapia génica que utiliza esta herramienta es probablemente la aplicación más interesante y esperada de esta tecnología. A través de ella, un nuevo tipo de tratamientos para diversas enfermedades (enfermedades genéticas, infecciosas, cánceres, etc.) van a ser posibles. A pesar de que algunas de estas terapias ya se encuentran en fases clínicas, existen todavía dificultades para su implementación: modificaciones genéticas en regiones no deseadas, dificultades para la distribución de los componentes en el cuerpo humano, inmunogenicidad o problemas éticos. ¡Una vez solventados, la incorporación de CRISPR-Cas9 a nuestras vidas va a ser una cuestión de tiempo!