Crispr-Cas9

Aunque la primera descripción de la existencia de las secuencias CRISPR en el genoma de las bacterias se hizo en 1987 por un grupo japonés, sin embargo se debe principalmente a los trabajos del investigador español Francisco Juan Martínez Mojica en los años 1993, 2000 y 2005 el estudio de unas secuencias de ADN repetidas (las secuencias CRISPR) descubiertas en bacterias y en arqueas –que posteriormente se descubrió su relación con el sistema inmunitario de la bacteria para defenderse de los ataques de los virus que las atacan– se han convertido en una de las herramientas biotecnológicas más eficaces para modificar el genoma (edición genómica) de cualquier clase de organismo. Sin embargo, fueron Emmanuelle Charpentier y Jennifer A. Doudna quienes se dieron cuenta que este sistema ancestral de defensa de las bacterias contra la infección por virus podía convertirse en una herramienta para la modificación dirigida del material genético de otros seres vivos.

La característica más relevante que diferencia a los métodos de corrección del ADN por transgénesis es que el transgén se integre al azar en el genoma o que se produzca el reemplazamiento del gen original. Por otro lado, una vez producida la doble rotura en la molécula de ADN puede haber dos rutas para fijar la rotura de la doble hélice: la NHEJ (unión de extremos no homólogos) que produce la disrupción génica (INDEL, inserciones y/o deleciones) y la HDR (reparación dirigida por homología) que da lugar a la reparación génica y a la edición.

El sistema CRISPR-Cas9 consta de dos elementos: una pequeña molécula de ARN (la parte CRISPR) que contiene una secuencia complementaria con la secuencia diana contra la que se dirige en el ADN, y una endonucleasa (denominada Cas9) que es una proteína con actividad enzimática capaz de cortar el ADN y hacerlo solamente donde le indique la pequeña molécula de ARN antes mencionada. Al producir la doble rotura en la molécula de ADN entran en acción otras enzimas existentes en las células que reparan el daño producido, pero que pueden generar errores al insertar o eliminar algunos nucleótidos en el lugar del corte; es decir, se genera una mutación en el gen afectado por el corte (NHEJ). Sin embargo, si se añade un tercer elemento al sistema CRISPR-Cas9 consistente en una molécula de ADN que tenga secuencias complementarias a la zona donde se producirá el corte y, además, se incorporan en esta secuencia algunos cambios específicos que no estuvieran en el genoma original, el sistema tenderá a utilizar esta molécula de ADN como molde para restaurar el corte cambiando así el genoma; es decir, editándolo (edición genómica).[7] Como si de un procesador de textos se tratara, el sistema CRISPR-Cas9 y la molécula de ADN consiguen localizar un error y corregirlo en un gen o, viceversa, instaurar un error donde antes no lo había, reproduciendo así en un modelo animal experimental aquella mutación detectada en un paciente afectado por una enfermedad. En otras palabras, somos capaces de reproducir en el genoma de los animales de experimentación las mismas mutaciones observadas en los pacientes.

En una revisión actualizada del tema, Lander[8] analizaba la contribución de diversos investigadores al desarrollo de los fundamentos y aplicaciones de la técnica CRISPR-Cas9. Los 12 “héroes CRISPR” –como él los llama– son, por orden de aparición en escena:

Descubrimiento de CRISPR: Francisco Juan Martínez Mojica (1993) CRISPR es un sistema inmune adapatativo: F.J.M. Mojica (2005), Gilles Vergnaud (2005), Alexander Bolotin (2005) Evidencia experimental de que CRISPR confiere inmunidad adaptativa y utiliza una nucleasa: Philippe Horvath (2007) Programando CRISPR: John van der Oost (2008) Dianas CRISPR en el ADN: Luciano Marrafini (2008) Cas9 es guiada por crRNAs y crea dobles roturas en el ADN: Sylvain Moineau (2008) Reconstituyendo CRISPR en un organismo distante: Virginijus Siksnys (2011) Estudiando CRISPR in vitro: V. Siksnys (2012), Emanuelle Charpentier (2012), Jennifer A. Doudna (2012) Edición genómica en células de mamíferos: Feng Zhang (2012, 2013), George Church (2013) Para la historia de la ciencia genética -dice Lander- es interesante señalar que:

Los grandes descubrimientos genéticos aplicables a la biomedicina pueden surgir de datos científicos totalmente impredecibles. Por ejemplo, CRISPR ha sido consecuencia de una mezcla de curiosidad personal (tratar de entender la repetición de secuencias en el ADN de bacterias tolerantes a la sal), exigencia militar (defensa contra armas biológicas) y la aplicación industrial (mejorar la producción de yogurt).

El papel cada vez más importante en la investigación biológica de los descubrimientos “libres de hipótesis” basados en los grandes bancos de datos (big data) de la bioinformática.

Varios de los científicos principales actores de la historia de CRISPR hicieron sus trabajos seminales al principio de sus carreras científicas (por ejemplo, Mojica, Horvath, Marrafini, Charpentier, Zhang), algunos de ellos con edades inferiores a los 30 años.

Algunos de los pioneros de CRISPR no trabajaban en centros de investigación dentro de los “circuitos” científicos de renombre internacional (por ejemplo, la Universidad de Alicante, el Ministerio de Defensa de Francia, los laboratorios de la empresa Danisco en Dinamarca, la Universidad de Vilnius en Lituania) y sus trabajos originales fueron rechazados para su publicación en revistas del mayor prestigio (Nature, Proceedings of the National Academy of Sciences, Molecular Microbiology, Nucleic Acid Research, Journal of Bacteriology, etc.).

Los grandes descubrimientos científicos no se corresponden normalmente con un “eureka” instantáneo, sino que se van elaborando durante muchos años.

Por su eficacia y precisión, la técnica CRISPR-Cas9 ha venido a sustituir a las técnicas que desde hace treinta años se vienen utilizando para modificar el genoma de los organismos. La importante aplicación biotecnológica ha llevado a la lucha por las patentes derivadas de CRISPR-Cas – como, por ejemplo, la disputa entre la Universidad de California en Berkeley donde Doudna y Charpentier hicieron su descubrimiento principal y el Instituto Tecnológico de Massachusets (MIT) donde Zhang aplicó la técnica en mamíferos[9] –y a la creación de compañías biotecnológicas para desarrollar las aplicaciones de la técnica CRISPR en Medicina tales como Editas Medicine en EEUU (J.A. Doudna) y CRISPR Therapeutics en Suiza (E. Charpentier).

En este contexto también se puede recordar que el premio Nobel Paul Berg, pionero de las moléculas de ADN recombinante, fue nombrado en una ocasión “empresario del año” en los Estados Unidos o la singular personalidad científico-empresarial de J. Craig Venter, el gran pionero de la genómica (proyecto genoma humano, genómica ambiental, metagenómica, genómica sintética) capaz de crear una nueva empresa para investigar y explotar cada uno de sus descubrimientos científicos. En contraposición, frente a estos ejemplos mencionados, habría que citar como caso contrario el del descubrimiento de la técnica de los anticuerpos monoclonales realizado por C. Milstein y G. J.F. Köhler (que les valió el premio Nobel en 1984) que no fue patentada y ha resultado de gran valor para la investigación genética.