Charles Gersbach, uno de los autores de la investigación con ratones con distrofia muscular de Duchenne. Fuente: Universidad de Duke.
El año pasado, las científicas Jennifer Doudna (EE.UU.) y Emmanuelle Charpentier (Suecia) recibieron el premio Princesa de Asturias de Investigación Científica y Técnica y el reconocimiento de la revista Science por haber inventado unas ‘tijeras’ aparentemente tan minúsculas como útiles: las CRISPR/Cas9.
Estas tijeras moleculares permiten sustituir tramos mutados de ADN –que provocan graves enfermedades- por tramos de ADN con información genética correcta. Es decir, que casi permiten “reescribir” el mensaje genético del ADN.
El nombre de la herramienta proviene de otros dos: por un lado, del acrónimo CRISPR (siglas en inglés de “repeticiones cortas agrupadas regularmente y separadas en forma de palíndromos”), que hace referencia a las secuencias de ADN de los genes. El segundo nombre de procedencia es el de la enzima Cas9, especializada en cortar tramos de ADN.
Cómo funciona
A grandes rasgos, el sistema CRISPR/Cas9 funciona de la siguiente forma: la enzima Cas9 se liga a una hebra de ARN programada para vincularse a una secuencia de genoma específica. Es decir, que esta hebra de ARN hace de “guía”, indicando a la Cas9 la parte de ADN que debe cortar dentro de la célula.
Por otra parte, en las células a tratar, se introduce otra hebra de ADN que funciona como patrón (con la información genética correcta). De este modo, cuando las células reparan el daño producido por la enzima Cas9, lo hacen copiando dicho modelo.
El efecto final es que se introduce un material genético deseable en el genoma, tras eliminar el defectuoso o mutado. En otras palabras, después del “tijeretazo” al ADN, se puede inactivar un gen, modificarlo para introducir o corregir una mutación, o regularlo para activarlo o reprimirlo.
Estas tijeras moleculares permiten sustituir tramos mutados de ADN –que provocan graves enfermedades- por tramos de ADN con información genética correcta. Es decir, que casi permiten “reescribir” el mensaje genético del ADN.
El nombre de la herramienta proviene de otros dos: por un lado, del acrónimo CRISPR (siglas en inglés de “repeticiones cortas agrupadas regularmente y separadas en forma de palíndromos”), que hace referencia a las secuencias de ADN de los genes. El segundo nombre de procedencia es el de la enzima Cas9, especializada en cortar tramos de ADN.
Cómo funciona
A grandes rasgos, el sistema CRISPR/Cas9 funciona de la siguiente forma: la enzima Cas9 se liga a una hebra de ARN programada para vincularse a una secuencia de genoma específica. Es decir, que esta hebra de ARN hace de “guía”, indicando a la Cas9 la parte de ADN que debe cortar dentro de la célula.
Por otra parte, en las células a tratar, se introduce otra hebra de ADN que funciona como patrón (con la información genética correcta). De este modo, cuando las células reparan el daño producido por la enzima Cas9, lo hacen copiando dicho modelo.
El efecto final es que se introduce un material genético deseable en el genoma, tras eliminar el defectuoso o mutado. En otras palabras, después del “tijeretazo” al ADN, se puede inactivar un gen, modificarlo para introducir o corregir una mutación, o regularlo para activarlo o reprimirlo.
Esquema del funcionamiento de las CRISPR/Cas9. Fuente: Sinc.
Logros obtenidos por ahora
Esta técnica ya ha sido aplicada en laboratorio a células humanas. Además, con este sistema, en 2014, investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), en Estados Unidos, consiguieron curar a ratones de una rara enfermedad del hígado causada por una mutación genética; y otro equipo de científicos chinos logró modificar de forma selectiva el ADN de embriones de monos.
Ahora, un equipo de especialistas de la Universidad de Duke (EEUU), entre los que se encuentra el ingeniero biomédico Charles Gersbach, ha logrado tratar con el mismo método a ratones que padecían distrofia muscular de Duchenne, una enfermedad que se hereda a través del cromosoma X y que se manifiesta sobre todo en hombres. Es la distrofia muscular más común.
Según los científicos de Duke, esta es la primera vez que la técnica CRISPR ha sido probada con éxito en mamíferos vivos completamente desarrollados, y sus resultados prueban que el sistema tiene potencial para ser trasladado a las terapias para humanos.
La terapia se aplicó en primer lugar directamente a un músculo de la pata de un ratón adulto, lo que provocó un incremento de su fuerza muscular. Después, se aplicó a cada músculo (a través del torrente sanguíneo del ratón), lo que mejoró el estado de los músculos de todo su organismo, incluido el corazón. Esto es un logro importante, porque el fallo cardiaco es a menudo la causa de muerte de los pacientes que padecen distrofia muscular de Duchenne.
También hay riesgos
Pero, aunque la técnica CRISPR/Cas9 parezca casi “magia”, hay que tener en consideración que entraña algunos riesgos. Uno de ellos es que se usan virus para introducir los genes correctos (los patrones) en las células a tratar. Estos virus pueden ser peligrosos.
Los científicos de Duke explican que ellos han superado este punto usando un virus inocuo, el AAV, extendido en la población humana aunque no asociado a enfermedad conocida alguna.
Otro peligro de la CRISPR/Cas9 es que puede provocar alteraciones en regiones no deseadas del genoma. En su mayor parte, estos cambios resultan inofensivos, pero el riesgo existe. Y otro más es que su uso para modificar embriones con información genética cambiada podría generar individuos quimeras, con parte de sus células modificadas y parte no.
Otros expertos han alertado por último que esta y otras técnicas de edición genómica podrían aumentar el riesgo de “caos ecológico”, en caso de que la manipulación de genes se descontrole en poblaciones silvestres de plantas, animales o insectos. De hecho, por ejemplo, investigadores de la Universidad de California en San Diego han demostrado ya con moscas Drosophila melanogaster que sería posible producir la propagación de modificaciones genéticas de un individuo a toda una población.
Aplicaciones futuras
A pesar de estos peligros –que evidentemente exigirán cada vez una mayor regulación- los científicos creen que la edición del genoma, algún día, servirá para tratar trastornos como la hemofilia, la enfermedad de Huntington y otros causados por una única mutación genética. También para desarrollar modelos animales con los que estudiar enfermedades genéticas humanas, y a partir de los cuales diseñar tratamientos médicos personalizados.
Esta técnica ya ha sido aplicada en laboratorio a células humanas. Además, con este sistema, en 2014, investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), en Estados Unidos, consiguieron curar a ratones de una rara enfermedad del hígado causada por una mutación genética; y otro equipo de científicos chinos logró modificar de forma selectiva el ADN de embriones de monos.
Ahora, un equipo de especialistas de la Universidad de Duke (EEUU), entre los que se encuentra el ingeniero biomédico Charles Gersbach, ha logrado tratar con el mismo método a ratones que padecían distrofia muscular de Duchenne, una enfermedad que se hereda a través del cromosoma X y que se manifiesta sobre todo en hombres. Es la distrofia muscular más común.
Según los científicos de Duke, esta es la primera vez que la técnica CRISPR ha sido probada con éxito en mamíferos vivos completamente desarrollados, y sus resultados prueban que el sistema tiene potencial para ser trasladado a las terapias para humanos.
La terapia se aplicó en primer lugar directamente a un músculo de la pata de un ratón adulto, lo que provocó un incremento de su fuerza muscular. Después, se aplicó a cada músculo (a través del torrente sanguíneo del ratón), lo que mejoró el estado de los músculos de todo su organismo, incluido el corazón. Esto es un logro importante, porque el fallo cardiaco es a menudo la causa de muerte de los pacientes que padecen distrofia muscular de Duchenne.
También hay riesgos
Pero, aunque la técnica CRISPR/Cas9 parezca casi “magia”, hay que tener en consideración que entraña algunos riesgos. Uno de ellos es que se usan virus para introducir los genes correctos (los patrones) en las células a tratar. Estos virus pueden ser peligrosos.
Los científicos de Duke explican que ellos han superado este punto usando un virus inocuo, el AAV, extendido en la población humana aunque no asociado a enfermedad conocida alguna.
Otro peligro de la CRISPR/Cas9 es que puede provocar alteraciones en regiones no deseadas del genoma. En su mayor parte, estos cambios resultan inofensivos, pero el riesgo existe. Y otro más es que su uso para modificar embriones con información genética cambiada podría generar individuos quimeras, con parte de sus células modificadas y parte no.
Otros expertos han alertado por último que esta y otras técnicas de edición genómica podrían aumentar el riesgo de “caos ecológico”, en caso de que la manipulación de genes se descontrole en poblaciones silvestres de plantas, animales o insectos. De hecho, por ejemplo, investigadores de la Universidad de California en San Diego han demostrado ya con moscas Drosophila melanogaster que sería posible producir la propagación de modificaciones genéticas de un individuo a toda una población.
Aplicaciones futuras
A pesar de estos peligros –que evidentemente exigirán cada vez una mayor regulación- los científicos creen que la edición del genoma, algún día, servirá para tratar trastornos como la hemofilia, la enfermedad de Huntington y otros causados por una única mutación genética. También para desarrollar modelos animales con los que estudiar enfermedades genéticas humanas, y a partir de los cuales diseñar tratamientos médicos personalizados.
Referencia bibliográfica:
Christopher E. Nelson, Chady H. Hakim, David G. Ousterout, Pratiksha I. Thakore, Eirik A. Moreb, Ruth M. Castellanos Rivera, Sarina Madhavan, Xiufang Pan, F. Ann Ran, Winston X. Yan, Aravind Asokan, Feng Zhang, Dongsheng Duan, Charles A. Gersbach. In vivo genome editing improves muscle function in a mouse model of Duchenne muscular dystrophy. Science (2015). DOI: 10.1126/science.aad5143.
Christopher E. Nelson, Chady H. Hakim, David G. Ousterout, Pratiksha I. Thakore, Eirik A. Moreb, Ruth M. Castellanos Rivera, Sarina Madhavan, Xiufang Pan, F. Ann Ran, Winston X. Yan, Aravind Asokan, Feng Zhang, Dongsheng Duan, Charles A. Gersbach. In vivo genome editing improves muscle function in a mouse model of Duchenne muscular dystrophy. Science (2015). DOI: 10.1126/science.aad5143.