Sistema de ingeniería genética CRISPR / Cas9

Durante muchas décadas, los científicos han estado buscando formas de influir en el ADN, de modo que podamos superar enfermedades graves, eliminar defectos del desarrollo, cáncer y mucho más. Para hacer esto, necesita aprender cómo influir en el ADN, editar sus secuencias, eliminar las innecesarias, pero lo más importante, hacerlo de forma segura para el cuerpo humano.

Y ahora, en nuestro tiempo, los científicos de Harvard han descubierto una tecnología completamente nueva para la edición de ADN, que hoy se considera la más prometedora y única. Su nombre es CRISPR (en inglés: clustered regularly interspaced short palindromic repeats), que significa repeticiones palindrómicas acortadas que se organizan regularmente en grupos.

El nombre completo es CRISPR / Cas9. Esta es la herramienta que permite editar genes en el ADN, para no influir en otros procesos. La técnica se basa en una pequeña parte del sistema de defensa de las bacterias, al que se le ha enseñado a encontrar y realizar cambios en el lugar correcto del ADN.

¿Cómo se desarrolló CRISPR / Cas9?

Los científicos japoneses, en 1987, comenzaron a estudiar coli bacillus y encontraron secuencias en el ADN que se repetían periódicamente. Les parecían inusuales y se diferenciaban de los demás por su versatilidad, a pesar de los esfuerzos, mucho trabajo, entonces no se pudo determinar la función real de estas secuencias.

Y así fue hasta 2007. Hasta que los investigadores de la bacteria Streptococcus, no descubrieron que tales secciones de ADN son un componente del sistema inmunológico de la propia bacteria. Lo que supuso un gran avance en el estudio de toda la ingeniería genética en general. Los científicos comenzaron a estudiar esta estructura de cerca y se dieron cuenta de que juega un papel importante en la vida de las bacterias.

Todos sabemos que estamos rodeados de microorganismos que no notamos. Pero incluso criaturas tan pequeñas tienen genes que codifican la síntesis de proteínas. Imaginemos que una bacteria se encuentra con un virus. Y, para no morir por un organismo extraño que ha penetrado en su interior, enciende su propio sistema inmunológico, que repele el virus. Se basa en CRISPR, un complejo de secciones repetidas de ADN. Y entre ellos hay espaciadores-separadores con fragmentos genómicos de virus que esta bacteria ya ha encontrado.

Cuando una bacteria tiene la capacidad de destruir un virus, corta su material genético y lo almacena entre las secuencias CRISPR. Luego, estos datos se utilizan durante nuevos ataques de virus.
Esto es similar a cómo funcionan los programas antivirus en las computadoras: tienen una base de datos de fragmentos de virus y con esto identifican plagas. Así, la celda recuerda a los infractores. La proteína efectora más crujiente Cas9 y la guía de ARN la ayudan a combatirlos. Esta es una sección del código genético para el reconocimiento de secuencias.

Cuando el virus entra en la célula, activa la comparación de sus genes con fragmentos que ya están en la “base de datos” bacteriana. Y cuando se encuentra el mismo espaciador o muy similar, la guía de ARN se inserta entre las hebras de la doble hélice y las rompe. Y la proteína Cas9 escinde el genoma y neutraliza la amenaza.
Así, durante toda su corta vida, la bacteria recopila datos y los transmite a las siguientes generaciones, que ya nacen con los mecanismos de destrucción de algunos virus.

¿Qué le dará a la humanidad?

Cuando aparecieron los primeros resultados positivos, comenzaron a usarse activamente en diferentes direcciones. En 2011, dos científicos se dieron cuenta de que a la proteína Cas9 destacada se puede engañar deslizándose en una secuencia de ARN artificial que recordaría. Y si dicha proteína se coloca en un organismo vivo, por ejemplo, un ser humano, buscará similitudes. Habiendo encontrado la secuencia de ADN deseada, entrará y comenzará a destruirla, cortándola en pedazos.

Y ya en 2013, los científicos pudieron demostrar que el sistema CRISPR / Cas9 no solo puede destruir, sino también insertar los genes necesarios en un lugar específico. Corta el ADN e inserta la secuencia que trajo allí. Además, se ha demostrado que la tecnología es segura para usar en ratones y humanos.
Y después de eso, el número de estudios y artículos científicos comenzó a crecer activamente. En 2017, ya hay más de 14.000 proyectos publicados.

Los más útiles y prometedores son:

1. Luchar contra las enfermedades genéticas (anemia de células falciformes, enfermedad de Huntington, detener el desarrollo de la infección por VIH, etc.)
2. Edición de la célula germinal humana. En teoría, es posible cambiar realmente el ADN de los embriones, que pueden tener un gen para la enfermedad de la fibrosis quística. Pero en el futuro, esto puede conducir a una proyección genética de los recién nacidos, lo que es muy preocupante para la OMS.
3. También quieren aplicar CRISPR con el fin de editar los genes del embrión con el fin de determinar anomalías que conducen a repetidos abortos espontáneos.
4. Los biólogos también dicen que con esta técnica será posible aumentar la actividad de células como los linfocitos T. Esto es para ayudar al sistema inmunológico a identificar y eliminar las células cancerosas humanas.
5. Impacto en cultivos. CRISPR / Cas9. Con esta tecnología, los agricultores pueden hacer que un cultivo en particular sea más resistente al calor, al frío o simplemente hacer que la fruta sea más dulce. Además, simplemente pueden eliminar un gen de la planta que causa reacciones alérgicas en los humanos.

Uso de CRISPR / Cas9 para el tratamiento de enfermedades hereditarias.

Hasta la fecha, los científicos han encontrado un mecanismo de edición del genoma que es adecuado para eliminar ciertas enfermedades hereditarias.
Imagina que quieres encontrar una secuencia de nucleótidos mutante o no deseada y cortarla puntualmente del ADN. Esto es exactamente lo que puede hacer la proteína Cas9, si se programa con anticipación, encuentra y comienza a destruir la secuencia de ADN defectuosa. Pero nuestro cuerpo resistirá, y el mecanismo de «reparación» de estas roturas se activa, devolviendo todo como estaba. Y si en este momento se lanza al organismo la proteína Cas9 con secuencias saludables, la célula las incluirá en su ADN. Así, podremos superar decenas de enfermedades hereditarias, mutaciones, defectos.

Tecnología ZFNs y TALENs

Hay varias otras tecnologías prometedoras que le permiten interferir con los genes y cambiarlos.
Uno de ellos es TALEN. Comenzó a usarse en el London Hospital – Great Ormond Street para el tratamiento del cáncer. El diagnóstico del paciente: forma agresiva de leucemia. La terapia tradicional no tuvo ningún efecto. Por lo tanto, a través de la aplicación experimental de la nueva técnica de edición del genoma, ella es la primera y única persona en recuperarse.

La esencia del método es que la proteína TALEN destruye la secuencia de ADN innecesaria activando el proceso de autodestrucción. Eso hace posible que la célula haga lo que ya está sano, en su lugar lo malo. Por tanto, esta tecnología es una de las técnicas de ingeniería genética más seguras. Pero aún queda mucho por aprender.
La segunda tecnología son las ZFN. Los primeros estudios se realizaron en California para combatir el VIH. La esencia del método es que las células inmunitarias se extrajeron de la sangre de pacientes con VIH. Después de eso, los científicos les quitaron el gen CCR5, que la infección usa para acceder a otras células. Esta tecnología se basa en la mutación genética y brinda a los pacientes inmunidad natural a la enfermedad.

Pero debe recordarse que la investigación se llevó a cabo con el propósito de experimentar. Podrán usarlo solo cuando los especialistas estén completamente convencidos de la seguridad de estos métodos, antes de comenzar a usarlo por completo en medicina.

Cuestiones éticas.

Hasta la fecha, la cumbre internacional sobre edición de genes humanos ha permitido el uso de algunas técnicas de ingeniería genética y solo a individuos y laboratorios particulares en el mundo. Pero solo en aquellas células generativas o embriones humanos tempranos que no se utilizarán para el embarazo en el futuro.
Además, los biólogos no excluyen que la modificación genética de embriones humanos, con un control deficiente, pueda llevar a la creación del primer niño modificado genéticamente en un laboratorio.

Los científicos dicen que si se abre el acceso a la ingeniería genética, las personas pueden causar problemas graves. Dado que aún no está claro qué consecuencias a largo plazo tiene la ingeniería genética. Después de todo, esta es una ciencia bastante joven, ni siquiera tiene 100 años.
La mayoría de las comunidades religiosas también expresan su miedo, consideran que la ingeniería genética es un «juego de dioses«.

Pero, de hecho, no todo es tan malo. Después de todo, cuando podamos realizar cambios en los genes de manera segura, podremos vencer la mayoría de las enfermedades, producir más alimentos, lo que detendrá el hambre en algunas regiones.

Últimas investigaciones en el mundo de la ingeniería genética

Marzo de 2020: los científicos estudian un nuevo sistema CRISPR. Puede cortar ADN en diferentes puntos simultáneamente y eliminar fragmentos de genes. Además de Cas9, incluye Cas12a. Que con actividad ribonucleasa divide el ARN en un par de guías. Esta tecnología se llama CHyMErA.
CRISPR / Cas9 / Cas12a es uno de los métodos más prometedores del mundo moderno y solo se desarrollará y mejorará en los próximos años. Lo más importante es que esta tecnología no solo es efectiva, sino también rápida, económica y completamente segura.