En menos de cinco años, la tecnología de edición de genes conocida como Crispr ha revolucionado la biología moderna. Desde 2012, cuando se registró por primera vez su capacidad para encontrar, eliminar y reemplazar material genético, los científicos han publicado más de 5,000 trabajos que mencionan a Crispr. Los investigadores en el campo de la biomedicina lo dominan para simular mejor diversas enfermedades. E innumerables empresas han comenzado a realizar esfuerzos comerciales con nuevos medicamentos, tratamientos, alimentos, productos químicos y materiales basados en esta tecnología.
Por lo general, cuando nos referimos a Crispr, nos referimos a Crispr / Cas9, un complejo de riboproteína que consiste en una cadena corta de ARN y una enzima que corta el ADN. Hizo por la biología y la medicina lo que hizo el Modelo T para la producción y el transporte, en el proceso de democratizar el acceso a la tecnología revolucionaria y violar el statu quo (estamos hablando de un automóvil de Henry Ford, también conocido como Tin Lizzy, el primero en el mundo, un automóvil que se produjo en millones de series de 1908 a 1927. Se convirtió en un símbolo de cómo Ford "puso a Estados Unidos sobre las ruedas", haciendo que un automóvil de pasajeros sea relativamente asequible para un estadounidense de clase media, aproximadamente MK).
Crispr ya se está utilizando para mejorar la condición de los pacientes con cáncer, y el próximo año puede ser admitido a ensayos clínicos para el tratamiento de enfermedades genéticas como la anemia falciforme y la beta-talasemia.
Pero, al igual que el Modelo T, Crispr Classic es algo incómodo, poco confiable y un poco peligroso. No se puede unir a ningún lugar del genoma. A veces hace correcciones en el lugar equivocado. Y él no tiene un interruptor. Si el Modelo T era propenso al sobrecalentamiento, Crispr Classic es propenso a comer en exceso.
Incluso con estas limitaciones, Crispr Classic seguirá siendo el caballo de batalla de la ciencia en 2018 y más allá. Pero este año, nuevas herramientas de edición de genes más brillantes comenzaron a lanzarse en la línea de producción, prometiendo eclipsar a su hermano de primera generación. Entonces, si recién comenzaste a pensar en Crispr, abróchate el cinturón, porque la edición genética 2.0 ya está aquí.
La acción de corte dirigida de Crispr es su característica definitoria. Pero cuando Cas9 corta dos hebras de ADN en el cuerpo, se introduce un elemento de riesgo: cuando se restaura una lesión tan repentina en el genoma, las células pueden comenzar a cometer errores. Es por eso que los científicos están desarrollando formas de lograr los mismos resultados de una manera más segura.
Un enfoque es crear una mutación de la enzima Cas9, de modo que aún pueda unirse al ADN, pero que sus tijeras no funcionen. Luego, otras proteínas que activan la expresión génica se pueden combinar con este Cas9, lo que les permite activar y desactivar los genes (a veces utilizando señales de luz o químicas) sin cambiar la secuencia de ADN. Dicha "edición epigenética" se puede usar para resolver situaciones que surgen de una combinación de factores genéticos, en lugar de simples violaciones simples que son más adecuadas para Crispr Classic (a principios de este mes, investigadores del Instituto Salk usaron uno de esos sistemas para tratar varias enfermedades en ratones, incluyendo diabetes, insuficiencia renal aguda y distrofia muscular).
Otros científicos, en Harvard y el Brodsky Institute, están trabajando en una configuración Crispr aún más audaz: editar pares de bases individuales, uno a la vez. Para hacer esto, tuvieron que desarrollar una enzima completamente nueva, no tomada de las naturales, que pudiera convertir químicamente el compuesto de nucleótido AT emparejado en GC. Este es un pequeño cambio con consecuencias potencialmente enormes. David Liu, un químico de Harvard cuyo laboratorio realizó este trabajo, estima que aproximadamente la mitad de las 32,000 mutaciones puntuales patógenas conocidas en humanos pueden corregirse con esta única transformación.
"No quiero que el público presente la idea errónea de que podemos reemplazar cualquier parte del ADN con cualquier otra parte del ADN en cualquier persona o animal, o incluso cualquier célula en una taza", dice Liu. “Pero encontrar incluso dónde estamos ahora tiene una gran responsabilidad. La gran pregunta es, ¿cuánto más efectivo será este enfoque con el tiempo? ¿Y qué tan rápido podemos traducir estos avances tecnológicos en beneficio de la sociedad?
Crispr se ha desarrollado en bacterias como un mecanismo de defensa primitivo. Su tarea era encontrar el ADN viral enemigo y cortarlo hasta que permanezca. Es un acelerador sin frenos, y esto puede hacerlo peligroso, especialmente para aplicaciones clínicas. Cuanto más tiempo permanezca Crispr en la célula, mayores serán las posibilidades de que encuentre algo similar a su gen objetivo y haga una incisión.
Para minimizar estos efectos "inapropiados", los científicos han desarrollado una serie de nuevas herramientas para un control más estricto de la actividad de Crispr.
Hasta la fecha, los investigadores han identificado 21 familias únicas de proteínas Crispr naturales, pequeñas moléculas que desactivan el editor genético. Pero saben cómo funcionan algunos de ellos: algunos se unen directamente a Cas9, sin permitir que se adhiera al ADN; otros incluyen enzimas que desplazan a Cas9 por espacio en el genoma. Investigadores de la Universidad de California en Berkeley, UCSF, Harvard, Broad y la Universidad de Toronto están trabajando arduamente para convertir estos "interruptores" naturales en otros que se puedan programar.
Además de las aplicaciones médicas, esto será crucial para el desarrollo adicional de los impulsores de genes: tecnología de edición de genes que puede difundir rápidamente la modificación deseada en una población.
La capacidad de impulsar la evolución de una forma u otra se convertirá en una herramienta poderosa para hacer frente a muchos problemas, desde las enfermedades hasta el cambio climático. Se considera como una herramienta para la destrucción de los mosquitos de la malaria y el exterminio de otras especies nocivas. Pero liberado, puede salirse de control y posiblemente conducir a graves consecuencias. Solo este año, Darpa invirtió $ 65 millones para buscar unidades genéticas más seguras, incluyendo "Breakers" anti-crujientes.
A pesar de muchos años de éxito, los científicos aún no entienden mucho acerca de cómo exactamente los errores en el ADN pueden causar la enfermedad de una persona. Saben qué genes están involucrados en las "pautas de acción" celulares, pero es difícil entender dónde se entregan estos comandos y cómo se traducen (incluso incorrectamente) en el proceso. Es por eso que los grupos de Harvard y el Brod Institute, liderados por Crispr feng Zhang, están trabajando con una nueva clase de enzimas Cas que se dirigen al ARN en lugar del ADN.
Debido a que son instrucciones que los mecanismos celulares usan para crear proteínas, llevan más información sobre la base genética de enfermedades específicas. Y dado que el ARN va y viene, realizar cambios en él será útil para tratar problemas a corto plazo, como inflamación aguda o heridas. El sistema, que llaman Reparación (que significa "Edición de ARN para reemplazo programable de A a I" - "edición de ARN para reemplazo programable de A por I"), hasta ahora solo funciona para convertir un nucleótido. El siguiente paso es descubrir cómo crear las 11 combinaciones posibles restantes.
Los científicos constantemente encuentran nuevas enzimas Cas. Los equipos del Brodsky Institute también están trabajando para describir cpf1, una versión de Cas que deja extremos pegajosos en lugar de desfosforilados al cortar el ADN. En febrero, un equipo de UC Berkeley descubrió CasY y CasX, los sistemas Crispr más compactos. Y los investigadores esperan que lleguen muchos más en los próximos meses y años.
Solo el tiempo dirá si el Crispr-Cas9 fue el mejor de ellos, o simplemente el primero en capturar las mentes de una generación de científicos. "No sabemos qué funcionará mejor en diferentes aplicaciones", dice Megan Hochstrasser, quien la hizo candidata a doctorado en el laboratorio de Crispr Jennifer Dudna y ahora trabaja en el Instituto de Innovación Genómica. "Entonces, en este momento, creo que todos deben apostar por todas estas herramientas al mismo tiempo".
A la generación actual de editores de genes le llevará muchos años pasar del laboratorio a pacientes reales, líneas vegetales y plagas que transmiten enfermedades.
Si la edición genética 3.0 no los hace obsoletos primero.