INVESTIGACIÓN PRODIGIOS DE LA ERA CRISPR
INVESTIGACIÓN PRODIGIOS DE LA ERA CRISPR
Considerada un avance clave del siglo XXI, la tecnología CRISPR es una herramienta que alcanzó la madurez y aún se explora su inmenso potencial. Aquí su historia, logros e intentos de limar sus defectos.
Joana Branco

Todo empezó en el congelador de un laboratorio anónimo perteneciente a la Universidad de Alicante, en España. Corría el caluroso verano de 1993 cuando el microbiólogo Francisco Juan Martínez Mojica analizaba con paciencia el material genético de la arquea Haloferax mediterranei, un microorganismo unicelular recogido “Dios sabe cuándo” —según sus palabras— en las salinas alicantinas de Santa Pola, en la costa sureste de España. Muy pronto se dio cuenta de que aquellas muestras congeladas tenían unas características muy peculiares. En el genoma de la arquea aparecían a intervalos regulares secuencias repetidas de nucleótidos, los ladrillos moleculares que forman el ADN y el ARN.

Eran buenos tiempos para quienes se dedicaban a estudiar las peculiaridades de los genomas. Apenas dos años después de que Mojica descubriera esos inexplicables patrones se obtuvo el primer libro de instrucciones genético completo de un organismo. Y en los años posteriores se fueron acumulando secuenciaciones tanto de bacterias como de arqueas, ambos microbios sin núcleo pero con características diferenciadas.

Gracias al nuevo cúmulo de información, Mojica logró investigar si las reiteraciones que había encontrado en la Haloferax mediterranei —un microbio halófilo, es decir, que prolifera en ambientes muy salinos— también las presentaban otras especies. Para gran sorpresa suya, no tardó en ratificarlo.

La edición genética existe desde los años 70, pero hasta la aparición de la nueva técnica los resultados eran decepcionantes.

Las desde entonces bautizadas como “repeticiones palindrómicas cortas agrupadas y regularmente interespaciadas” —o CRISPR, por sus siglas en inglés— y las secuencias de espaciadores (la información genética encontrada en los espacios que median entre dichas reiteraciones) empezaron a funcionar como herramientas para identificar cepas de bacterias, un proceso que es conocido como espoligotipado; pero a Mojica no le bastaba con esto. “Intuí que debían cumplir una función importante, porque muchas células morían cuando las manipulábamos”, ha comentado al periódico español El Confidencial.

En la búsqueda de respuestas, regresó a las bases de datos. Fue un trabajo de años que acabó dando sus frutos. “Por fin encontramos una secuencia espaciadora en una cepa de la bacteria Escherichia coli idéntica a la de una secuencia de un virus bacteriófago que infecta a distintas cepas de dicho microbio. Para comprobar que no era algo fortuito, localicé e hice comparaciones de los espaciadores presentes en los genomas de todos los procariotas [microorganismos sin núcleo] donde fuimos capaces de detectar regiones CRISPR... Et voilà!, encontramos otras coincidencias”.

Ocurrió en 2003, una década después de haber descubierto las secuencias de CRISPR. Por fin, Mojica cayó en la cuenta de lo que estaba viendo: cuando las bacterias poseían secuencias espaciadoras idénticas a fragmentos del genoma de determinados virus, estos agentes patógenos no aparecían en los microbios.

O sea, se habían vuelto inmunes a su infección. Mojica acababa de descubrir un sistema defensivo primitivo, adaptativo y, además, hecho de base genética; una especie de autovacuna que protege a las bacterias frente a los ataques víricos. Y a diferencia de nuestro sistema inmunitario, que debe ser educado para brindar una protección efectiva, es heredable.

Sin embargo, como suele pasar cuando hablamos de cambios drásticos de paradigma, el microbiólogo alicantino sufrió lo suyo para ver sus hallazgos publicados. Las revistas de mayor impacto rechazaron el manuscrito hasta que, en 2005, la menos conocida Journal of Molecular Evolution aceptó difundir el artículo luego de un prolongado proceso de revisión. Dos años después, los científicos de una empresa productora de yogures danesa llamada Danisco proporcionaron la confirmación empírica de que tales conclusiones sí estaban en lo correcto.

Como resume magistralmente Lluís Montoliu, investigador del CSIC, en su libro Editando genes: recorta, pega y colorea, “los sistemas CRISPR están formados por largas filas de secuencias repetitivas, intercaladas por espaciadores que representan fragmentos de genomas de virus o de plásmidos [pequeña molécula de ADN circular] que han atacado con anterioridad el microorganismo. Esas secuencias y espaciadores se transcriben; esto es, se copian y se convierten en moléculas de ARN que permanecen dentro de la bacteria a la espera de encontrar la secuencia de ADN homóloga con la cual aparearse.

Cuando el mismo virus infecta otra vez a la bacteria, esta reconoce de inmediato la nueva infección al aparearse la pequeña molécula de ARN con su correspondiente secuencia complementaria del virus invasor. La unión tiene lugar gracias a una proteína, la Cas —acrónimo del inglés CRISPR associated protein—, que es capaz de presentar el ARN a su ADN complementario. Al completarse el apareamiento, el microbio interpreta que el mismo virus quiere volver a entrar. Entonces, la proteína Cas activa su cometido de endonucleasa, una enzima que corta el ADN internamente en posiciones muy precisas. Estas secciones en la doble cadena del ADN viral provocan su degradación y descomposición.

A lo mejor te preguntas: “¿Pero cómo me afecta a mí?”. No fue sino hasta el verano de 2012 que esta información recorrió el tortuoso camino que conduce de la investigación básica a la aplicada. Desde las páginas de la revista Science, un artículo que quedará para siempre en los anales de la historia de la ciencia informó a la comunidad científica del increíble potencial que tenía ese mecanismo de corte selectivo de ADN.

Firmado por las investigadoras Jennifer Doudna, bióloga molecular de la Universidad de California en Berkeley (EUA), y Emmanuelle Charpentier, actual directora del Instituto Max Planck de Biología Infecciosa en Berlín (Alemania), el artículo proponía por primera vez el uso de los componentes del sistema CRISPR —en este caso, procedente de la bacteria Streptococcus pyogenes— como una herramienta para la edición genética. Es lo que más tarde vino a llamarse “copy-paste genético”, o también “tijeras moleculares”.

El deseo de manipular y modificar el genoma nos acompaña desde que existen los estudios sobre genética. A partir de los años 70, los científicos activan y desactivan genes de manera experimental, pero a pesar de las promesas terapéuticas que han acompañado siempre los descubrimientos en este campo, el historial de éxitos era decepcionante... hasta que llegó CRISPR/Cas9, como se conoce al sistema presentado por Doudna y Charpentier.

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Marzo - 2020