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La nueva ciencia de CRISPR: cómo la tecnología de edición de genes está a punto de cambiar los alimentos, los niños y las vacunas para siempre

BBC Science Focus | Ilustración: Sam Falconer

Una guía rápida con todo lo que necesitas saber sobre CRISPR, la herramienta de edición del genoma que está cambiando los componentes básicos de la vida misma, aplicada a plantas, organismos, animales y seres humanos.

BBC – Science Focus / 18 de mayo 2023.- Los momentos eureka genuinos son raros en la ciencia, pero uno ocurrió hace una década cuando la investigación sobre una función curiosa de la inmunología bacteriana explotó en un descubrimiento ganador del Premio Nobel. El estudio de 2012 de Jennifer Doudna y Emmanuelle Charpentier ya es reconocido como un hito de la ciencia.

Los investigadores habían estado reuniendo información sobre CRISPR (repeticiones palindrómicas cortas agrupadas regularmente interespaciadas) desde la década de 1980. En la naturaleza, es un mecanismo de defensa molecular que utilizan las bacterias para detectar y destruir el ADN de un virus invasor, como un juego de tijeras microscópicas.

Cuando una bacteria se infecta, las ‘tijeras’ cortan y pegan un segmento del ADN del virus y lo insertan en su propio genoma. Esto entrena al sistema para que reconozca ese ADN y lo destruya.

El mayor avance se produjo cuando los científicos aislaron las enzimas específicas y el ARN (ácido ribonucleico) que componían las tijeras genéticas. Reproducirlo en un laboratorio convirtió a CRISPR en una herramienta que aceleró la velocidad de la investigación biológica. Era una forma sencilla de editar los genomas de cualquier ser vivo.

¿Cómo funciona CRISPR?

1. Se crea una hebra de molécula de ARN (ácido ribonucleico) «guía» que coincide con la secuencia de ADN del objetivo previsto.

2. El Cas9, «tijeras moleculares», se combina con el ARN y se inyecta en la planta, el animal o el ser humano que recibe el tratamiento.

3. Luego, el ARN conduce la enzima Cas9 al punto exacto del ADN donde se necesita la edición. Aquí, el Cas9 hace un corte en las hebras de ADN, eliminando el material genético no deseado.

4. Los científicos introducen ADN saludable en el genoma para reemplazar la sección cortada.

¿Cómo está afectando la tecnología a la medicina?

Varios trastornos genéticos son causados por una mutación en un solo gen. El poder (y la precisión) de CRISPR está permitiendo a los científicos eliminar esas condiciones del genoma humano en un solo tratamiento que cambia la vida.

Las terapias CRISPR para trastornos de la sangre, como la enfermedad de células falciformes y la beta talasemia, fueron de las primeras en llegar a ensayos en humanos, y los primeros resultados han sido alentadores.

El hecho es que, apenas 10 años después de su descubrimiento, CRISPR está salvando la vida de las personas

Los pacientes se están recuperando de enfermedades potencialmente fatales que causaron dolor crónico y requirieron tratamiento regular. El hecho es que, solo 10 años después de su descubrimiento, CRISPR está salvando la vida de las personas. Las primeras terapias CRISPR para trastornos de la sangre podrían aprobarse este año (2023).

Prácticamente cualquier enfermedad con un componente genético podría potencialmente tener un tratamiento con CRISPR. Se están realizando ensayos para condiciones tan diversas como la ceguera, el cáncer, la diabetes y el VIH/SIDA.

También se podrían abordar enfermedades como las enfermedades cardíacas y la demencia, porque los investigadores no solo están estudiando los genes que causan enfermedades, sino que también están buscando formas de insertar ADN protector en el genoma humano.

¿Qué pasa con las vacunas?

La herramienta CRISPR-Cas9 a veces se describe como un cartel de «se busca» que se cuelga en el sistema inmunológico de un organismo. En esto está la semejanza de un virus, enseñando al sistema inmunológico a reconocer al invasor potencial.

Las vacunas de varios tipos están diseñadas para hacer el mismo trabajo: avisar a su sistema inmunitario sobre posibles invasores. Gracias a su precisión y facilidad de uso, CRISPR puede ayudarnos a crear nuevos tipos de vacunas. Durante la pandemia de COVID-19, CRISPR se usó para desarrollar algunas de las vacunas de ARNm y ahora se usa para acelerar otras nuevas, incluida una para la malaria.

Trabajando con el parásito Plasmodium falciparum, que causa la malaria, los científicos con sede en Washington eliminaron tres genes que se necesitan para infectar a los humanos. Después de ser picados por mosquitos que contenían el parásito editado por CRISPR, las personas quedaron protegidas contra la malaria durante algunas semanas, gracias a los anticuerpos producidos por el cuerpo.

Cronología de CRISPR: Una revolución genética

  • 1987: El mecanismo CRISPR se describe por primera vez en la literatura científica.
  • 2000-02: Se encuentran más repeticiones agrupadas de ADN en bacterias y arqueas. Se acuña el término Cas9 (donde Cas proviene de proteínas asociadas a CRISPR).
  • 2005-08: Empezamos a aprender cómo CRISPR y Cas9 protegen a las bacterias de los virus.
  • 2012: Emmanuelle Charpentier, Jennifer Doudna y sus colegas publican su artículo histórico sobre CRISPR-Cas9 como una herramienta de edición del genoma.
  • 2016: La primera terapia basada en CRISPR se usa para tratar a alguien, un paciente con cáncer de pulmón.
  • 2018: El biofísico He Jiankui anuncia los llamados bebés CRISPR, niños nacidos de embriones editados con genoma.
  • 2020: Charpentier y Doudna reciben el Premio Nobel de Química por su trabajo en CRISPR.
  • 2021: La Administración de Alimentos y Medicamentos de Estados Unidos aprueba la primera terapia con CRISPR para la enfermedad de células falciformes.

¿Cómo está cambiando CRISPR la alimentación y la agricultura?

¿Alguien tiene hambre de tomate picante? ¿Qué tal algunas nueces que no dispararán tus alergias? ¿O una hamburguesa triple que puedes disfrutar sin aumentar tu colesterol? Esas son algunas de las deliciosas posibilidades en el menú a medida que los investigadores comienzan a usar CRISPR para producir alimentos con características inusuales.

En agricultura, CRISPR se está utilizando para producir cultivos resistentes a plagas o sequías. Con la demanda de alimentos a punto de dispararse, los investigadores buscan crear cultivos de mayor rendimiento silenciando los genes que restringen el crecimiento.

Las empresas de biotecnología están compitiendo para desarrollar alimentos que nos hagan más saludables o seguros, y los investigadores están desarrollando nueces, trigo y otros alimentos que se editan para eliminar los alérgenos. Los tomates editados con CRISPR ya están a la venta en Japón.

CRISPR también se está utilizando para desarrollar carne cultivada en laboratorio, y la investigación muestra que CRISPR reduce el colesterol LDL (lipoproteína de baja densidad) en monos en un 70 por ciento en dos semanas.

Los avances en CRISPR podrían ayudarnos a combatir el cambio climático. Ilustración de Sam Falconer

[Recomendado: CRISPR: Alimentos nutritivos, eliminar enfermedades y super-bacterias, entre otras aplicaciones]

¿Cómo puede CRISPR combatir el cambio climático?

Alimentos resistentes a los desafíos climáticos extremos

El cambio climático ya está afectando el rendimiento de los cultivos. Los alimentos transgénicos (GMOs) no son del gusto de todos, pero los científicos están utilizando CRISPR para desarrollar cultivos editados [sin transgenes insertos] resistentes a la sequía, el calor y las inundaciones.

Mejores biocombustibles

Los biocombustibles editados genéticamente podrían desempeñar un papel clave en el suministro de energía limpia. CRISPR ha hecho posible producir el doble de biodiesel a partir de algas fototrópicas.

Plantas purificadoras de aire

Científicos californianos están utilizando CRISPR para desarrollar plantas que eliminan CO2 de la atmósfera, gracias a la mejora de la fotosíntesis y las raíces que depositan carbono más profundamente en el suelo.

Microbios extractores de carbono

Jennifer Doudna, una de las descubridoras conjuntas de CRISPR, ha hablado sobre el potencial de los suelos y microbios modificados con CRISPR para extraer más carbono de la atmósfera.

Arrecifes de coral más resistentes

Científicos estadounidenses están utilizando CRISPR para estudiar genes en corales que afectan la tolerancia al calor. Esperan que ayude a los esfuerzos de conservación a medida que los arrecifes sienten el impacto del aumento de la temperatura del mar y la acidificación del océano.

Reducción de las emisiones de metano

El metano liberado durante la producción de arroz representa el 2 por ciento de las emisiones globales de gases de efecto invernadero. CRISPR se está utilizando para crear cultivos y ganado que liberan menos metano.

[Recomendado: En 10 años, CRISPR transformó la medicina. ¿Puede ahora ayudarnos a enfrentar el cambio climático?]

¿Podría CRISPR devolver la vida a especies extintas?

CRISPR tiene el potencial de tomar el ADN sobreviviente de una especie extinta y compararlo con el genoma de una viva relacionada. Al editar el genoma de las especies vivas en los lugares donde difiere, los investigadores creen que podrían resucitar a los animales de entre los muertos, o crear un híbrido que comparta algo de ADN.

El ejemplo más icónico es el mamut lanudo, que se extinguió hace unos 10.000 años, y los científicos no están seguros de si los humanos los cazaron hasta el borde o si lucharon por sobrevivir en las temperaturas en aumento de la Tierra. De cualquier manera, su destino puede no estar sellado. Se han encontrado varios especímenes preservados enterrados en hielo y los científicos no solo han extraído ADN de mamut, sino que también han secuenciado el genoma completo.

Ahora, los investigadores están tratando de devolver los mamuts a la tundra ártica. La empresa emergente Colossal está utilizando CRISPR para modificar genéticamente los genomas de los elefantes asiáticos para que tengan rasgos adaptados al frío de sus primos muertos hace mucho tiempo, como orejas más pequeñas y más grasa corporal. Cree que los primeros terneros nacerán dentro de cinco años.

También están en marcha proyectos para revivir animales que se extinguieron más recientemente, como el tilacino (lobo de tasmania) y la paloma mensajera.

Las técnicas CRISPR podrían ayudar a los investigadores a devolver mamuts a la tundra ártica. Ilustración de Sam Falconer

¿Cuáles son los desafíos con CRISPR?

CRISPR a veces se describe como «fácil». Puede que no sea ciencia espacial, pero, curiosamente, la edición del genoma sigue siendo un proceso complejo y muy costoso, especialmente cuando se trata de curar enfermedades.

Los investigadores están refinando los mecanismos de entrega de CRISPR, buscando enzimas que puedan ser más efectivas que Cas9 y tratando de limitar lo que se conoce como «efectos fuera del objetivo». Estos ocurren cuando el proceso de edición afecta no solo al ADN objetivo, sino también potencialmente a otros genes dentro del organismo.

Sin embargo, quizás los mayores desafíos no sean técnicos, sino éticos. La edición de genes ha acarreado durante mucho tiempo el estigma de ‘jugar a ser Dios’ y los investigadores cuestionan su propio trabajo frente a algunas de las preguntas que a menudo se hacen sobre la tecnología y su uso.

¿Conducirá a una mayor desigualdad en salud a medida que los ricos accedan a tratamientos exclusivos? ¿Debe apuntar a las células de la línea germinal, donde las ediciones realizadas también se transmiten a la siguiente generación? Y a medida que se vuelve más accesible, ¿cómo se regula la tecnología para la atención médica humana y no para la mejora humana?

¿Qué son los bebés CRISPR?

En 2018, nacieron en China dos niñas gemelas que se conocieron como los «bebés CRISPR«, los primeros niños del mundo editados genéticamente. El biofísico He Jiankui diseñó mutaciones en embriones humanos, que luego se implantaron en una mujer. Afirmó haber inhabilitado un gen en particular para brindarles protección contra el VIH.

Fue encarcelado en China y condenado por la comunidad científica por cruzar una línea ética al editar la línea germinal humana: las mutaciones que hizo se transmitirían a los futuros hijos de las niñas.

El científico también fue criticado por no seguir los procedimientos éticos y de seguridad normales y por alimentar la idea de los bebés de «diseño», la noción de que la edición de genes permitirá a los futuros padres elegir todo, desde el color de ojos de sus hijos hasta su inteligencia.

Los especialistas en ética advierten que, sin una regulación cuidadosa, la edición del genoma podría conducir a una sociedad de dos niveles, dividida entre los que son editados y los que no.

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