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08 OCTUBRE

BIOTECNOLOGÍA

CRISPR -  una de las historias científicas más grandes de la década

CRISPR -  una de las historias científicas más grandes de la década

En 2012, la bioquímica estadounidense Jennifer Doudna y su colaborador, Emmanuelle Charpentier, propusieron que CRISPR, un grupo de genes y moléculas utilizados por las bacterias para reconocer y destruir el ADN viral, podría ser reutilizado como una herramienta de edición de genes poderosamente simple y programable.



Su trabajo llevó a una explosión de interés en CRISPR y nuevas y emocionantes aplicaciones de edición de genes en todas las áreas de la biología. Con su eficiencia y facilidad de uso sin precedentes, CRISPR no solo ha suplantado todas las tecnologías de ingeniería genética anteriores, sino que ha revolucionado lo que es posible en las ciencias de la vida, al mismo tiempo que plantea preguntas profundas sobre lo que la sociedad debería y no debería hacer con una tecnología tan poderosa.

Nacida en Washington DC, Doudna se mudó a Hilo, una gran ciudad de Hawai, de siete años. Después de considerar brevemente abandonar la química para especializarse en francés en la universidad, se quedó con la ciencia y finalmente obtuvo su doctorado en química biológica y farmacología molecular de Harvard en 1989.

Antes de CRISPR, Doudna y su laboratorio (ahora con sede en la Universidad de California, Berkeley) se centraron en cómo las moléculas de ARN pueden actuar como catalizadores químicos y como mensajeros en las células. El laboratorio de Doudna fue el primero en deducir la estructura de una ribozima, es decir, una longitud de ADN que actúa como una enzima.

Doudna luego se centró en la interferencia de ARN, un proceso en el que las moléculas de ARN regulan la expresión o traducción de genes. Fue este trabajo el que condujo a una reunión con Jill Banfield, un microbiólogo de Berkeley que en ese momento estaba tratando de comprender misteriosas secuencias de ADN bacteriano conocidas como repeticiones palindrómicas cortas agrupadas regularmente entrecruzadas, o CRISPR para abreviar.

Después de años en el centro del intenso interés de los medios y las disputas de patentes sobre la tecnología de edición de genes, Doudna continúa trabajando en la biología fundamental de los sistemas de defensa bacteriana CRISPR, de los cuales hay muchos tipos, y ella es una figura clave en las discusiones sobre el seguridad y ética de las tecnologías basadas en CRISPR.

TI: Muchos avances interesantes en la ciencia implican conversaciones casuales, presentaciones y colaboraciones; cuénteme por qué Jill Banfield le presentó estas extrañas secuencias de ADN bacteriano llamadas CRISPR cuando estaba trabajando en la interferencia de ARN en las células eucariotas.

JD: Bueno, fue exactamente porque estábamos trabajando en la interferencia de ARN que mi laboratorio y nuestra investigación llamaron la atención de Jill. Estaba estudiando genomas bacterianos, y particularmente estas secuencias de ADN que, en ese momento, tenían una función desconocida, pero tenían firmas que los hacían parecer compuestos de ADN viral.

Jill y solo un puñado de otros en ese momento habían postulado que estas curiosas secuencias, que se habían llamado CRISPR, podrían ser algún tipo de sistema inmune adaptativo basado en ARN, aunque nadie en ese momento tenía evidencia experimental de eso. Crucialmente, Jill tuvo la idea de que estos sistemas podrían estar controlados por ARN, y ese era su propósito al comunicarse conmigo.

Parecía posible que las bacterias hubieran desarrollado un sistema para defenderse contra los virus que, de alguna manera, era muy similar a la interferencia de ARN que ocurre en las células eucariotas.

¿Recuerdas tu primera introducción a las complejidades de CRISPR, que por supuesto era completamente oscura y desconocida en ese momento?

Sí, lo recuerdo muy bien. Jill y yo nos conocimos en un café bar en el campus de Berkeley conocido como Free Speech Movement Café, ¡un lugar que suena muy Berkeley!

Estábamos sentados en el patio y Jill tenía una gran pila de papeles delante de ella. Me estaba mostrando todos estos ejemplos de secuencias repetitivas de ADN de bacterias que parecían incluir secuencias que provenían de virus. En ese momento, para mí, era como beber de una manguera contra incendios. Había muchos datos y estaba luchando por comprender, pero Jill estaba claramente muy emocionada y realmente tenía la sensación de que esto era algo potencialmente muy interesante.

Siempre me ha fascinado el tema subyacente de la evolución en biología y cómo muchas vías biológicas, sistemas y organismos están conectados por la evolución. Puede encontrar patrones de similitud incluso en tipos de células o vías moleculares aparentemente muy diferentes. Entonces, cuando escuché sobre la posibilidad de un sistema guiado por ARN en bacterias, me interesé de inmediato.

¿Cuándo comenzó a establecer la conexión de que este intrigante sistema inmunitario bacteriano podría usarse para atacar y cortar secuencias particulares de ADN?

Los primeros tres o cuatro años de biología CRISPR en nuestro laboratorio se centraron en las proteínas Cas que reconocen el ARN CRISPR y lo cortan en segmentos útiles y utilizables de ARN. Era muy similar al trabajo que habíamos estado haciendo sobre la interferencia de ARN y una enzima que corta el ARN llamado Dicer.

Una estudiante de posgrado en mi laboratorio, Rachel Haurwitz, que había estado tomando algunas clases en la Escuela de Negocios de Berkeley, me hizo pensar en comenzar una empresa de biotecnología. Rachel y yo fundamos una empresa llamada Caribou Biosciences en octubre de 2011 con el propósito de desarrollar estas proteínas CRISPR-Cas para investigación o usos clínicos, por ejemplo, como herramientas de diagnóstico que podrían reconocer y señalar la presencia de moléculas de ARN viral.

Esto fue antes de que nuestro laboratorio hubiera completado nuestro trabajo en la clase de proteínas conocida como Cas9. Por supuesto, una vez que se realizó el trabajo CRISPR-Cas9 quedó claro que sería una forma muy útil de cambiar las secuencias de ADN y por lo tanto, los genomas, y eso cambió muchas cosas. Ciertamente cambió los objetivos de Caribou en ese momento.

¿Hubo un solo momento 'eureka' cuando el poder del sistema CRISPR-Cas9 se te ocurrió? ¿O fue más gradual e iterativo que eso?

Martin Jinek, que era un postdoctorado en el laboratorio que investigaba en Cas9, realizó los experimentos iniciales en Cas9. Mostró que era programable, una proteína programada con ARN, y descubrió cómo funciona el corte y la selección de ADN. Luego, muy importante, descubrió que podía simplificar el sistema, en relación con la forma en que funciona en la naturaleza, combinando dos tipos de ARN en un ARN para guiar a Cas9 a su objetivo.

Cuando demostró que el enfoque funcionó muy bien para dirigir Cas9 a una secuencia deseada para el corte, fue realmente cuando dijimos "Dios, esto va a ser increíble". Fue tan fácil trabajar con esta proteína, mucho más fácil que cualquiera de las tecnologías anteriores para la ingeniería genética.

En su libro, A Crack in Creation , escribió que tenía un sueño recurrente de que un tsunami se acercaba a usted en una playa cerca de donde creció, lo que representa el aumento abrumador de interés y preguntas planteadas por esta tecnología. ¿Todavía tienes este sentimiento?

Absolutamente. La ola solo se ha hecho más grande. Muchas cosas están sucediendo en este momento en múltiples frentes y realmente atraviesa todas las áreas de la biología. Eso me parece muy, muy emocionante y también un poco desalentador.                                                                                                                                                              Es difícil mantenerse al día con la literatura científica, y mucho menos estar al tanto de todas las diferentes facetas de la edición del genoma, como las preguntas sobre ética, seguridad y la asequibilidad de futuras terapias de edición de genes.

Volviendo a ese período en que las cosas realmente explotaron, hace unos cuatro o cinco años, ¿cómo te sentiste al estar en el centro de tantas preocupaciones y preguntas éticas difíciles a las que todos de repente querían respuestas?

Estaba increíblemente nervioso. Me sentí mal equipado para responder cualquiera de esas preocupaciones y las grandes preguntas éticas. Al principio tenía mis dudas de sumergirme en cualquier tipo de discusión pública sobre estos temas, y fue un momento muy intenso para mí.

Pensando en cómo podría implementarse la edición del genoma, especialmente en lugares como la línea germinal humana, pasó rápidamente de ser ciencia ficción a convertirse claramente en el horizonte científico . Empecé a pensar muy en serio, en primer lugar, sobre cómo alertamos a las personas sobre lo que está sucediendo en esta área de la ciencia. Entonces, ¿cómo comenzaría a interactuar con todos los diferentes tipos de partes interesadas que podrían desempeñar un papel en la toma de decisiones en torno a una tecnología como esta? Sentí un verdadero sentido de responsabilidad personal al haber estado involucrado en las primeras etapas de todo este campo.

Pasé mucho tiempo en 2014 hablando con colegas míos aquí en Berkeley y en el Innovative Genomics Institute, que comencé ese año. En enero de 2015 convocamos la primera reunión sobre edición del genoma humano en el Valle de Napa. Ese fue realmente el inicio de ese tipo de conversaciones, porque después de eso, las Academias Nacionales y las organizaciones científicas y clínicas internacionales se involucraron.

Desde entonces, acabamos de ver un aumento increíble en el número de reuniones, informes y grupos que están evaluando lo que debería hacerse ahora que tenemos acceso a una herramienta tan poderosa.

¿Cómo sientes que van esas conversaciones?

En general, diría que estoy bastante satisfecho. En primer lugar, me alegro de que estén sucediendo, creo que es primordial. También es importante que se abran a personas que no son especialistas en el campo, o que tal vez ni siquiera tienen una formación científica particular.

Ha habido una apreciación real en toda la comunidad científica de que es fundamental que los científicos participen en estas discusiones [éticas], aunque para muchos científicos simplemente no está en nuestro ADN , muchos de nosotros preferiríamos estar en el laboratorio haciendo lo siguiente experimentar y no hablar en una plataforma pública sobre algo que podría ser bastante polémico.

Obviamente, algunos de los debates más polémicos sobre la edición de genes implican la línea germinal humana. ¿Crees que las cosas se mueven demasiado rápido aquí?

Sí, lo hago, y no creo que esté solo en tener ese punto de vista. Los datos presentados por He Jiankui el año pasado (el científico chino que afirmó haber usado CRISPR para conferir resistencia al VIH a las gemelas) demostraron dos cosas muy claramente.

Primero, que la tecnología simplemente no está lista para usarse en embriones humanos, no para ningún tipo de aplicación clínica. No tenemos un buen control sobre cómo controlar la reparación del ADN para garantizar que se realicen cambios precisos en los genomas. Eso está en el lado técnico.

Quizás lo más importante fue que estaba claro que no había un buen plan para el consentimiento de los pacientes que participaron en ese estudio o para el seguimiento de los bebés después del nacimiento para garantizar que se controlara su salud.

En su libro usted dijo que era "inevitable" que alguien usara CRISPR para cambiar la línea germinal humana. ¿Es porque el público eventualmente lo exigirá o porque crees que siempre habrá algún científico o estado que lo haga independientemente de las regulaciones?

Estaba claro que esto sería algo que la gente encontraría atractivo y algo que merecía una exploración. En principio, podría eliminar genes de una línea familiar que causan enfermedades genéticas, por ejemplo. 

Es inevitable que haya mucha fascinación con el potencial de cambiar la línea germinal humana; es algo muy poderoso en lo que pensar. También abre la puerta a la ingeniería humana o al cambio del curso de la evolución humana si lo llevas lo suficientemente lejos. 

Entonces creo que hay un aspecto de desafío, que implica fama y notoriedad pública, que no es exclusivo de CRISPR. Es cierto para cualquier área de la ciencia y la tecnología donde hay una oportunidad muy obvia de hacer algo que es la primera vez y atraerá mucha atención pública. Esto ciertamente cayó en ese cubo. Creo que por esas razones me pareció que el uso de CRISPR en embriones humanos era inevitable.

¿Cuál es su opinión sobre aquellos que dicen que las herramientas como CRISPR deberían estar disponibles para que los no científicos las utilicen en entornos no institucionales? Por ejemplo, los biohackers estadounidenses que afirman haberse inyectado CRISPR o están tratando de desarrollar bricolaje terapias génicas?

Parte de todo el movimiento de biohacker es realmente interesante porque abre la ciencia a muchas más personas además de aquellos que tienen doctorados, y en principio eso me atrae. Me gusta la idea de que la ciencia se convierta más en un esfuerzo de la comunidad y en algo de interés social, donde las personas tienen formas de obtener acceso a herramientas y tecnologías como esta. 

Dicho esto, no creo que sea una buena idea inyectarse nada, mucho menos algo que pueda cortar o dañar su ADN. Entonces no lo recomiendo.

¿Puedes contarme un poco sobre en qué está trabajando el laboratorio Doudna en este momento?

Continuamos explorando la biología fundamental y las funciones de los sistemas CRISPR en muchos tipos diferentes de microbios. Hay mucha variabilidad en la forma en que se combinan estos sistemas.

Mi laboratorio, como muchos otros, también está muy entusiasmado con la forma en que podríamos utilizar la edición del genoma, especialmente las oportunidades para descubrir la causa de una enfermedad y, en última instancia, encontrar tratamientos o incluso curas para la enfermedad genética.

Estamos muy centrados en cómo entregar moléculas de edición de genes en células y tejidos, así como en comprender los resultados de la edición de genes, asegurando que la edición se realice correctamente y que los genes editados no generen cambios inesperados por sí mismos.

¿Tienes una aplicación favorita de edición de genes que te parezca realmente interesante o interesante?

Hay tantos. Una de las recientes de las que he estado hablando es de biología del desarrollo. Sabemos que las conchas de los caracoles se curvan en la dirección de la mano derecha: rara vez se encuentra un caracol zurdo y zurdo en la naturaleza. Los biólogos del desarrollo han tratado de comprender la genética de esto durante mucho tiempo. 

Con CRISPR fue posible descubrir no solo los genes que formaban parte de esta mano, sino también identificar en última instancia un solo gen que, cuando se eliminó, creó los caracoles zurdos. Es una pregunta que ha existido desde siempre y finalmente es posible responderla, no en un sistema modelo o deduciendo el comportamiento de las células, sino haciendo cambios en el organismo mismo.

Otra cosa que vale la pena mencionar es el uso de CRISPR con un mecanismo llamado impulso genético, donde se introducen rasgos que se propagan muy rápidamente a través de las poblaciones; esto podría, en principio, evitar que los mosquitos puedan propagar enfermedades como el dengue o el virus del zika y la malaria. . Por supuesto, esto conlleva un riesgo ambiental significativo, pero creo que se está llevando a cabo con la debida precaución.

En este momento, los datos se ven muy bien y avanzan muy rápidamente. El mayor impacto global, al menos a corto plazo, probablemente será en la agricultura, debido al potencial de alterar los rasgos de las plantas que las harán más resistentes al cambio climático y a las plagas, más nutritivas o incluso a desarrollarse en nuevos nichos ambientales. Eso es fascinante para mi.


Traducción: Cecilia González P.

Publicado: 08 de octubre de 2019

Fuente: The Biologist

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