N.75 – Décimo aniversario de las CRISPR

La tecnología CRISPR se está trasladando sucesivamente a la clínica para tratar diversas enfermedades genéticas. Pero paralelamente se manifiestan hoy favorables expectativas con herramientas moleculares que se dirigen al epigenoma.

La presente reseña incluye dos (2) artículos. El primero (1) se refiere al décimo aniversario de las CRISPR y a los nuevos aprendizajes emergentes. En el segundo (2) se postula que la edición genética a través del epigenoma podría ser más segura y versátil que las CRISPR.

1.- Primer artículo: Décimo aniversario de las CRISPR: remembranzas y aprendizajes (1.1.) (1.2.) (1.3.) (1.4.)

En junio de 2022 se cumplieron 10 años desde que Jennifer Doudna y sus colegas publicaron -en la revista Science, el 28/06/2012- los resultados de un experimento realizado con genes bacterianos. El descubrimiento apuntaba a un nuevo método para editar el ADN que incluso podía permitir cambiar los genes humanos. En solo una década, las CRISPR (“Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats” o “Repeticiones Palindrómicas Cortas Agrupadas y Regularmente Espaciadas”) se constituyeron en uno de los inventos más célebres de la biología moderna. Esta tecnología está cambiando el modo en que los investigadores médicos y biólogos estudian las enfermedades.

El impacto de las CRISPR fue tan grande que Doudna y su colaboradora, Emmanuelle Charpentier de la Unidad Max Planck para la Ciencia de los Patógenos en Berlín, ganaron el Premio Nobel de Química. El comité que otorga los premios elogió su estudio de 2012 por ser “un experimento que marcó una época”.

Doudna y Charpentier no inventaron el método de edición de genes “desde cero”, sino que tomaron herramientas moleculares de las bacterias. En la década de 1980, se descubrieron en las bacterias unos extraños tramos de ADN, que posteriormente se denominaron “repeticiones palindrómicas cortas agrupadas y regularmente espaciadas” (CRISPR). Otras investigaciones revelaron que las bacterias utilizaban estas secuencias CRISPR como armas contra los virus invasores. Las bacterias convirtieron estas secuencias en material genético (ARN) que podía adherirse con precisión a un tramo corto de los genes de un virus invasor. Estas moléculas de ARN llevan consigo proteínas que actúan como tijeras moleculares, ya que cortan los genes virales y detienen la infección.

Cuando Doudna y Charpentier investigaron las CRISPR, advirtieron que el sistema podría permitirles cortar una secuencia de ADN de su propia elección. Todo lo que tenían que hacer era fabricar un trozo de ARN a la medida. Para probar esta idea, crearon un lote de piezas idénticas de ADN. A continuación, crearon otro lote de moléculas de ARN y las programaron para que se situaran en el mismo punto del ADN. Por último, mezclaron el ADN, el ARN y las tijeras moleculares en tubos de ensayo. Descubrieron que muchas de las moléculas de ADN se habían cortado en el punto correcto.

Desde el principio, Doudna reconoció que las CRISPR plantearían complicadas cuestiones éticas, y hoy esas inquietudes son más actuales y cruciales que nunca. Por ejemplo: ¿La próxima ola de cultivos modificados con CRISPR alimentará al mundo y ayudará a los agricultores pobres o solo enriquecerá a los gigantes de la agroindustria que inviertan en esta tecnología? ¿La medicina basada en CRISPR mejorará la salud de las personas vulnerables de todo el mundo o solo será accesible para unos pocos? ¿Cómo podría utilizarse la tecnología CRISPR para alterar embriones humanos? A medida que las tecnologías CRISPR sigan mejorando, la edición de embriones humanos podría convertirse en un tratamiento seguro y eficaz para diversas enfermedades. Entonces, ¿será aceptable, o incluso rutinario, reparar en el laboratorio los genes causantes de enfermedades en un embrión? ¿Y si los padres quisieran insertar rasgos que les resultaran más deseables, como los relacionados con la altura, el color de los ojos o la inteligencia? ¿Están las personas preparadas para lidiar con estas cuestiones?

CRISPR para combatir al cáncer

Los biólogos que estudian el cáncer comenzaron a alterar de manera sistemática las células cancerosas con el fin de identificar cuáles eran importantes para la enfermedad. Por ejemplo, los investigadores de KSQ Therapeutics, también en Cambridge, utilizaron la tecnología CRISPR para descubrir un gen esencial para el crecimiento de ciertos tumores y en 2021 iniciaron el ensayo clínico de un medicamento que bloquea el gen.

Caribou Biosciences, cofundada por Doudna, y CRISPR Therapeutics, cofundada por Charpentier, están llevando a cabo ensayos clínicos de tratamientos con CRISPR que combaten el cáncer de otra manera: editando las células inmunitarias para que ataquen los tumores con mayor agresividad. Estas empresas, y otras, también están usando CRISPR para intentar revertir enfermedades hereditarias.

La patente por la tecnología CRISPR fue objeto de una prolongada disputa. Los grupos liderados por el Instituto Broad y la Universidad de California presentaron solicitudes de patentes para la versión original de la edición de genes basada en CRISPR-Cas9 en células vivas. El Instituto Broad ganó una patente en 2014 y la Universidad de California respondió con una demanda judicial. En febrero de 2022 la Junta de Apelaciones y Juicios de Patentes de EE. UU. emitió sentencia sobre esta disputa, fallando a favor del Instituto Broad.

Sucesión de sistemas CRISPR

El sistema CRISPR original, conocido como CRISPR-Cas9, tiene un amplio margen de mejora. Las moléculas cortan sin dificultad el ADN, pero no son tan efectivas para insertar las nuevas piezas en su lugar. En ocasiones, CRISPR-Cas9 falla en su objetivo, ya que corta el ADN en un lugar equivocado; incluso cuando las moléculas hacen su trabajo correctamente, las células pueden cometer errores al reparar los cabos sueltos de ADN existentes.

Se han inventado nuevas versiones de CRISPR que superan algunas de esas dificultades. Por ejemplo, en Harvard, Liu y sus colegas utilizaron las CRISPR para hacer una muesca en una de las dos hebras del ADN, en vez de romperla por completo. Este proceso, conocido como “edición de bases”, permite cambiar con precisión una sola letra del ADN con mucho menos riesgo de daño genético. Liu cofundó una empresa llamada Beam Therapeutics para crear medicamentos de edición de bases. Liu y sus colegas también unieron moléculas CRISPR a una proteína que los virus utilizan para insertar sus genes en el ADN de su huésped. Este nuevo método, denominado “edición principal”, podría permitir que CRISPR altere tramos más largos de material genético. Los editores principales son una especie de procesadores de texto de ADN, pero por ahora la técnica es demasiado compleja para una utilización generalizada.

2.- Segundo artículo: Edición genética a través del epigenoma: Podría ser más segura y versátil que CRISPR

El epigenoma es el conjunto de factores no genéticos que intervienen en la expresión de los genes, sin que se produzcan cambios en sus secuencias. Se trata de “interruptores” que encienden o apagan la actividad genética según las condiciones del ambiente, y su función es clave para entender el funcionamiento celular, el desarrollo, el envejecimiento o la aparición de enfermedades. El epigenoma media entre el genoma y el ambiente de la célula, permitiendo que el ADN sea rotulado de una manera que le da estructura y función. Su estructura determina qué genes se expresan y cuáles no, de manera que un mismo gen puede expresar distintas características (fenotipos) o reprimirse. Entender el epigenoma puede tener importantes implicaciones para comprender patologías como el cáncer, el Alzheimer y diversas enfermedades mentales.

Recientes estudios en ratones sugieren que la edición del epigenoma es una forma potencialmente más segura y flexible que la edición del ADN para activar o desactivar genes. A diferencia de la edición de ADN, donde los cambios son permanentes y pueden incluir resultados no deseados, es menos probable que las ediciones epigenómicas causen efectos nocivos fuera del objetivo y, en caso de que ocurran, pueden revertirse. También pueden ser más sutiles, aumentando o disminuyendo ligeramente la actividad de un gen, en lugar de destruirlo o borrarlo por completo.

La edición del epigenoma puede ser más precisa aprovechando las mismas enzimas que usan las células para activar y desactivar sus genes. Los investigadores adjuntan componentes clave de esas proteínas a una proteína de edición de genes, como una versión “muerta” de la proteína Cas9 de CRISPR, capaz de ubicarse en un lugar específico del genoma pero incapaz de cortar el ADN.

Varias empresas nuevas prevén comercializar tratamientos utilizando editores de epigenoma. (Gersbach y Urnov fundaron Tune Therapeutics; Lombardo, Naldini y Weissman se encuentran entre los fundadores Chroma Medicine).

Sin perjuicio del entusiasmo, los investigadores advierten que, para contemplar la eventual traslación de la edición del epigenoma hacia la clínica, deberán afinarse sus editores de epigenoma, probarlos en otros genes, tejidos y enfermedades, y probarlos en animales más grandes para garantizar su seguridad antes de pasar a investigar con personas.