Crispr/Cas, ingeniería genética punta 'diseñada' por bacterias

Una técnica nacida en la investigación básica podría impulsar la medicina personalizada. Su principal aplicación biomédica es por ahora el diseño de modelos experimentales.

Sonia Moreno. Madrid | soniamb@diariomedico.com | 03/02/2014 13:33

Francisco J. Martínez Mojica (Universidad de Alicante) descubrió el funcionamiento de Crispr hace diez años. (Sandra Navarro)

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Tiene nombre de androide de Star Wars, aunque en realidad alude a un sistema primitivo, propio de arqueas y bacterias. Los procariotas cortan fragmentos del ADN de virus y plásmidos que los infectan, y los integran en su propio ADN a modo de sistema inmune. La precisión y simplicidad de ese "corta y pega" llamado Crispr/Cas explican por qué su aplicación en investigación biomédica crece a un ritmo vertiginoso: en 2012 Science publicó el primer estudio que demostraba, de la mano del grupo de Jennifer Doudna (Universidad de California, en Berkeley) y Emmanuelle Charpentier (Universidad de Umea, Suecia), el potencial de la herramienta en la modificación de genomas de bacterias; en enero de 2013, de nuevo en Science, se utilizaba en células humanas; en diciembre, Cell Stem Cell mostraba que la técnica podía modificar defectos genéticos en células humanas y en ratones que servían de modelo de cataratas y fibrosis quística.

Antes de la fama
Cuando no era tan popular, sino solo un oscuro mecanismo procariota descrito por el japonés Ishino en 1987, pocos científicos le dedicaban tiempo. Francisco J. Martínez Mojica, del Departamento de Fisiología, Genética y Microbiología en la Universidad de Alicante, era uno de ellos; se topó en una arquea con unas secuencias de ADN muy pequeñas (unos 30 pares de bases), repetidas y regularmente espaciadas (como las bandas de un paso de cebra), que le intrigaron. "Es un tipo de información genética presente en prácticamente todas las arqueas y en al menos la mitad de las bacterias secuenciadas. Si una bacteria dedica un 2 por ciento de su genoma a un sistema, es porque es importante".

Martínez Mojica observó que los espaciadores coincidían con ADN de patógenos bacterianos. "Propusimos que era un sistema de defensa de las bacterias. Tardaron años en aceptarnos el artículo, que apareció finalmente en 2005 en Journal of Molecular Evolution. Los revisores no se lo creían, aunque tampoco veían ningún error".
El acrónimo Crispr, que acuñó Martínez Mojica, significa en inglés Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats (repeticiones palindrómicas -a veces forman un palíndromo imperfecto- cortas, agrupadas y regularmente espaciadas); Cas alude a las proteínas asociadas a Crispr, las enzimas que actúan como "tijeras" del ADN. Hay diferentes tipos de sistemas Crispr/Cas, que varían incluso entre cepas de la misma bacteria. Martínez-Mojica trabaja ahora con el tipo I en E. coli, para desentrañar una de las fases menos conocidas del sistema: la etapa de adaptación o adquisición de los nuevos espaciadores; su grupo ha diseñado una herramienta molecular para detectar esos nuevos espaciadores moleculares.

En el ámbito biomédico, se emplea el sistema Crispr tipo II asociado a la proteína Cas9. Las investigadoras Doudna y Charpentier añadieron una pequeña secuencia de ARN que sirve de guía para dirigir a la enzima al sitio de corte adecuado.

Por e-mail, Charpentier explica a DM que, "frente a otras técnicas de modificación de genes, Crispr/Cas9 es más fácil de diseñar y manipular (solo hay que programar el ARN de acuerdo con la secuencia diana del ADN; no se necesita diseñar un complejo de proteínas como en el caso de zinc-finger o Tale Nucleases); también es más versátil (hemos demostrado la existencia de un gran número de variantes de Crispr de diferentes especies bacterianas); es barata y más eficiente al anclarse al ADN; y también parece menos tóxica en la manipulación de células humanas".

Terapia génica
Entre sus potenciales aplicaciones, Charpentier destaca que, además de para el diseño de modelo de enfermedades, podría tener un papel como terapia génica en Pompe, Huntington, anemia falciforme y hemofilia, por citar algunas.

De momento, dos trabajos sugieren esa posible utilidad terapéutica. Para ello, habrá que evitar un efecto no deseado, común a otros sistemas de edición genómica, y es que actúe en regiones del ADN diferentes a las deseadas. Desde el Instituto de Ciencias Biológicas de Shangai, Jinsong Li recuerda que en su experimento "corregimos las cataratas en un 33 por ciento de cigotos murinos, aún lejos del 100 por cien necesario para la clínica". En un trabajo publicado el pasado viernes, llevado a cabo por primera vez con monos, la técnica ha sido eficaz en ocho de quince cigotos manipulados. Doudna confía en que el primer ensayo de terapia génica basada en Crispr/Cas9 empiece en los próximos diez años.

Dar sentido a los genes del cáncer

En el Instituto Sloan-Kettering (Nueva York), donde investiga Federico González Grassi, han logrado resultados "muy prometedores, como generar células madre embrionarias humanas con mutaciones homocigotas en tres genes diferentes simultáneamente y en tan sólo un mes". Estos investigadores usan Crispr/Cas para estudiar la función de diferentes genes en el desarrollo de las células beta del páncreas, así como para crear un modelo celular del cáncer pancreático.

En el cáncer la herramienta cobra especial significado. Ana Vivancos, del Instituto de Oncología Valle de Hebrón (VHIO), cuyo grupo colabora con el de González Grassi, reflexiona que en una patología multigénica como la tumoral "se puede dar sentido a la gran cantidad de datos generados con la aparición de la ultrasecuenciación".