Vaya que han sido 10 años muy ajetreados para la tecnología CRISPR-Cas.
¿Qué son los sistemas CRISPR-Cas?
Los sistemas CRISPR-Cas funcionan como tijeras moleculares que son programadas para cortar secuencias específicas DNA (o RNA) de forma muy eficiente y precisa.
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| Sistema CRISPR-Cas9. Imagen tomada de Wikipedia. |
El sistema más famoso es CRISPR-Cas9, el cual se compone de una molécula de RNA, llamado “RNA guía” o solo “gRNA”, que dirige a la proteína Cas9 hacia una secuencia específica de DNA para que lo corte. La secuencia de DNA que se quiere cortar es complementaria a la secuencia del gRNA (A une a T o U, y G a C). Dado que el gRNA funciona como un GPS molecular, puede ser intercambiado y dirigir a la proteína Cas9 para cortar cualquier secuencia deseada de DNA.
Su inicio fue disruptor
Los sistemas CRISPR-Cas eran conocidos desde los 90s, pero solo eran una curiosidad científica y nada mas. Todo cambió hace 10 años (2012) cuando un grupo de científicos liderado por Emmanuelle Charpentier y Jennifer Doudna publicaron por primera vez como cortar de manera programada cualquier DNA usando el sistema CRISPR-Cas9 con una versión mejorada de su RNA guía.
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| Diseños de Doudna y Charpentier en su publicación de 2012. Science©. |
Su publicación ha representado todo un nuevo paradigma en la ciencia biológica, ya que esta tecnología ha permitido programar los sistemas CRISPR-Cas para cortar a voluntad cualquier secuencia de DNA que se quiera y esto ha abierto las puertas para modificar cualquier genoma de manera fácil y rápida.
Fue a partir de la publicación de Charpentier y Doudna que CRISPR-Cas dejó de ser un área obscura de investigación llevada a cabo por un puñado de científicos para volverse un parteaguas en las ciencias biológicas contemporáneas y tener profundas implicaciones a nivel mundial en la salud, la sociedad, la economía y la cultura humana.
Entonces ¿qué fue lo que pasó?
Aquí va mi lista (no exhaustiva) de todo lo importante que ha pasado:
1. Descubrimiento de una gran diversidad de sistemas CRISPR-Cas útiles en biotecnología.
2. CRISPR-Cas se vuelve una navaja suiza molecular.
3. Obtención del reconocimiento científico que culmina con el premio Nobel.
4. Amarga lucha judicial por el control de las patentes importantes.
5. Creación de toda una industria basada en CRISPR-Cas y la aparición de nuevas empresas que buscan su aplicación masiva y comercial.
6. CRISPR-Cas está cerca de curar enfermedades genéticas.
7. Se usa para la creación de bebés "CRISPR" y la "resurrección" de especies extintas.
8. Animales modificados con CRISPR-Cas son aprobados por la FDA.
9. Intento de regulación y aparición de preguntas bioéticas.
10. La tecnología CRISPR-Cas tiene vastas perspectivas.
1. Descubrimiento de una gran diversidad de sistemas CRISPR-Cas útiles en biotecnología.
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| Diversidad de sistemas CRISPR-Cas. Royal Society of Chemistry© |
Años antes de la publicación de Charpentier y Doudna se sabía que existían dos clases importantes de sistemas CRISPR-Cas, los de clase I y II. Los primeros requieren múltiples proteínas Cas para llevar a cabo un corte en el DNA diana, mientras que los de clase II solo requieren de una proteína Cas para cortar.
Cuando se hallaron los sistemas de clase II quedó claro para Charpentier y Doudna su potencial tecnológico, ya que esto facilitaba su uso para hacer cortes programados de DNA. Fue a partir de la publicación de Charpentier y Doudna que, como en la fiebre del oro, múltiples grupos científicos se volcaron a la búsqueda apresurada de nuevos sistemas CRISPR-Cas de clase II. Bases de datos genómicos previamente reportados, búsqueda en ecosistemas extremos, cualquier lugar que proveyera información biológica era una posible fuente de nuevos sistemas CRISPR-Cas.
Fue en bases de datos de genomas donde se han logrado localizar múltiples sistemas CRISPR-Cas de clase II con nuevas propiedades y características útiles para aplicaciones biotecnológicas de todo tipo. Unos de los nuevos sistemas descubiertos fue el de Cas12a (inicialmente llamado Cpf1), el cual usa un gRNA más pequeño que Cas9, corta el DNA generando extremos pegajosos y es igual de eficiente en su corte. Después hallaron los sistemas Cas13 que cortan RNA en lugar de DNA, sistemas Cas más pequeños tales como SaCas9, CjCas9 o las miniCas. Cas derivadas de fagos gigantes, Cas con actividad de corte colateral de DNA (con Cas12a y Cas13a), Cas que termo-resistentes, estables en concentraciones altas de sal, más eficientes, más resistentes, aún más pequeños, nuevas familias de Cas organizadas de forma distinta o con orígenes distintos, etc. Además de los sistemas naturales, existen cientos de versiones modificadas de los sistemas CRISPR-Cas. Todo lo que empezó con CRISPR-Cas9 se ha tornado en un universo de sistemas CRISPR-Cas.
2. CRISPR-Cas se vuelve una navaja suiza molecular.
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| Múltiples aplicaciones del sistema CRISPR-Cas9. Nature© |
Si bien CRISPR-Cas9 se usó inicialmente para cortar DNA, muy pronto se empezó a usar para otras aplicaciones que no requerían cortar el DNA.
El avance crucial fue la identificación de los aminoácidos clave, histidina y ácido aspártico, que cortan químicamente el DNA. Al mutarlos, CRISPR-Cas9 pierde capacidad de llevar a cabo un corte del DNA pero sigue preservando su capacidad de reconocimiento de secuencias específicas y de programabilidad mediante un gRNA. Al fusionar a CRISPR-Cas9 cualquier otra molécula, es posible dotarla de nuevas funciones y aplicarlas en lugares específicos del genoma. Así nació la aplicación de CRISPR-Cas para activar o inhibir la expresión de genes, editar marcadores epigenéticos, manipular la forma de los cromosomas y del DNA, o para promover el auto-ensamble de particular tipo virus, editar bases nitrogenadas, entre otras.
3. Obtención del reconocimiento científico que culmina con el premio Nobel.
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| Nobel Prize© |
El premio Nobel, otorgado por la Academia Sueca de Ciencias, es quizás el premio científico de mayor prestigio ya que representa la culminación de todo un avance científico. En Octubre del 2020 se anunció que el premio Nobel en Química se otorgaba a Charpentier y Doudna “por el desarrollo de un método para la edición de genomas”. Esto selló la cúspide del reconocimiento al gran impacto científico que han tenido y que seguirían teniendo en los años venideros.
4. Amarga lucha judicial por el control de las patentes importantes.
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| Batalla legal. StatNews© |
Desde el inicio de la tecnología CRISPR-Cas9 se desencadenó una guerra legal entre los dos lados que demandaban ser los genuinos inventores de la tecnología en los EEUU. Por un lado, Jeniffer Doudna representada por la Universidad de California Berkeley, y por el otro Feng Zhang, profesor de la Universidad de Harvard-MIT. El grupo de Feng Zhang fue el primero en ingresar la solicitud de la patente y en demostrar el uso de CRISPR-Cas para edición de células humanas y mamíferas.
Los intereses en juego no son pocos, el dueño de la(s) patentes del uso de CRISPR-Cas9 y los gRNAs recibirá miles de millones de dólares en regalías y ganancias por licencias y hacer uso de la tecnología. Será quizás la tecnología biotecnológica más lucrativa de las siguientes décadas.
Esta amarga batalla legal se ha extendido por casi 10 años debido a las demandas y contrademandas que se iban sucediendo conforme se daban decisiones por los tribunales. En varias ocasiones Feng Zhang ha sido declarado el verdadero propietario de la tecnología (ante la oficina de patentes de EEUU), sin embargo, Doudna y su equipo legal han contrademandado. En marzo de 2022 los tribunales han ratificado (de nuevo) a Zhang como el dueño de la patente y todo parece indicar que ya nada podrá hacerse en términos legales, pero nada se sabe en términos judiciales y la guerra podría continuar. La base de la decisión es que, si bien Doudna y Charpentier publicaron primero sus resultados en una revista científica, Feng Zhang ingresó una solicitud “acelerada” de patente.
5. Creación de toda una industria basada en CRISPR-Cas y la aparición de nuevas empresas que buscan su aplicación masiva y comercial.
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La ingeniería genómica basada en tecnología CRISPR-Cas ha generado toda una nueva industria de la edición genética. Como hongos en un campo fértil, han sido creadas múltiples compañías start-up que buscan aplicar la tecnología CRISPR-Cas en muy diversas áreas. Buscan aplicar CRISPR-Cas para curar enfermedades genéticas, cáncer, enfermedades cardiovasculares, crear órganos para trasplantes, modificar animales y plantas de consumo masivo, generar nuevas versiones de alimentos, nuevos antibióticos, nuevos medicamentos, etc.
Diversos estudios estimas que actualmente el valor de las compañías CRISPR asciende a 2 mil millones de dólares, pero para finales de esta década tendrán un valor de 8-10 mil millones de dólares, si no es que mas (estudio 1, 2, 3 y 4). Entre las empresas más prominentes están CRISPR Therapeutics, Intellia Therapeutics, Editas Medicine, Beam Therapeutics, Caribou, Mammoth Biosciences, Graphite Bio y eGenesis, principalmente dedicadas a edición genética con fines clínicos. Además, actualmente varias empresas farmacéuticas consolidadas (Regeneron Pharmaceuticals, Vertex and Novartis) tienen desarrollos basados en CRISPR-Cas.
6. CRISPR-Cas está cerca de curar enfermedades genéticas.
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| Anemia falciforme. Crédito: ShutterStock.com |
Desde el inició de CRISPR-Cas se supo que su aplicación estrella sería la de editar el genoma humano y con ello poder curar miles de enfermedades genéticas existentes. Esto sin duda sería un gran paso en la historia de la medicina. Hasta antes de CRISPR-Cas no teníamos una herramienta sólida y versátil para editar el genoma humano y por lo tanto curar enfermedades provocadas por mutaciones en el código genético. En el mejor de los casos sólo teníamos tratamientos paliativos. De hecho, ser portador de algunas de las mutaciones nocivas sigue representando una sentencia de muerte temprana para millones de personas.
Las primeras enfermedades genéticas que se busca curar son la anemia falciforme y la beta talasemia. Estas son enfermedades sanguíneas hereditarias, ambas causadas por mutaciones en el gen que codifica para la proteína beta hemoglobina, importante para el transporte y distribución del oxígeno en todo nuestro organismo.
La anemia falciforme es causada por una sola mutación de un nucleótido ubicado en el inicio del gen de la hemoglobina. La mutación hace que los glóbulos rojos adquieran su característica forma de medialuna. Se estima que al menos 100,000 personas, en EEUU, principalmente de la comunidad afroamericana, sufren de anemia falciforme. La mutación causa anemia, infecciones, dolor y fatiga constante que afecta su desarrollo; y la única manera de paliar su problema es mediante la donación frecuente de sangre.
Fue Victoria Grey, una mujer afroamericana de Luisiana, la primera persona en recibir un tratamiento de edición genética con CRISPR-Cas9 para curar genéticamente la anemia falciforme que ha padecido toda su vida. Hasta el momento los resultados han sido asombrosos y muy prometedores. Victoria ha logrado recuperar niveles de hemoglobina normal muy parecidos a los de personas sanas y sin necesidad de recibir transfusiones de sangre. Todo parece indicar que Victoria Grey será la primera mujer en curarse de la anemia falciforme.
Existen cientos de estudios clínicos experimentales que cuentan con miles de pacientes participantes en donde se están tratando de curar otras enfermedades que no necesariamente tienen origen genético. Por ejemplo, leucemia y mielomas (cáncer de médula ósea), linfomas (cáncer del sistema linfático), hemofilia, diabetes, distrofia muscular de Duchene, fibrosis cística, angioedema hereditaria, amaurosis congénita de Leber, ceguera por retinitis pigmentaria, terapias inmuno-oncológicas, entre otras.
Hasta el momento no existe un tratamiento aprobado por la FDA para su aplicación masiva y segura, pero se espera que el primer tratamiento se apruebe durante el año 2023.
7. Se usa para la creación de bebés "CRISPR" y la "resurrección" de especies extintas.
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| El científico He Jiankui creó las bebés "CRISPR". Crédito, a quien corresponda. |
La edición genética ha sido polémica porque cualquier cambio que se haga en el genoma es permanente. Sin embargo, la edición genómica de células germinales (óvulos y espermatozoides) y de embriones representa otro nivel de polémica debido a que cualquier modificación que se haga no solo es permanente, sino que también es heredable a sus hijos.
Fue en noviembre de 2018 cuando empezó a circular la noticia de que una mujer china había dado a luz a un par de gemelas, Lulu y Nana, cuyos embriones habrían sido editados con CRISPR-Cas9. La noticia se confirmó posteriormente. Lo que hace que Lulu y Nana sean los primeros seres humanos modificados genéticamente y que esos cambios pueden heredarlos a sus hijos. Las gemelas serían el inicio de un nuevo linaje de la especie Homo sapiens, el Homo sapiens 2.0, mientras que el científico chino responsable de los experimentos fue enviado a la cárcel (este año ya salió libre).
La noticia fue un gran shock para la comunidad científica y las autoridades en su intento de regular y controlar el uso indebido de la tecnología. La edición de células germinales siempre ha sido una especie de frontera nunca atravesada; algo que siempre se había temido hacer y que tantas disputas y dilemas éticos había generado.
El caso sigue generando controversias acaloradas. La comunidad científica aún no comprende bien que fue y cómo pasó, qué intenciones había, y que pasará, biológicamente hablando, con las gemelas. Sin embargo, ha quedado muy claro que la modificación de embriones humanos con CRISPR-Cas no cuenta con el apoyo mayoritario de la comunidad científica, de hecho, se ha demandado una moratoria en la edición genética de embriones humanos hasta tener claro las posibles consecuencias de cualquier edición y hasta madurar suficiente a la tecnología CRISPR-Cas de tal forma que se reduzcan sus riesgos al mínimo posible.
La edición de embriones humanos no ha sido la única aplicación polémica que CRISPR-Cas ha generado. Se ha sugerido su uso para la des-extinción del mamut siberiano mediante la creación de quimeras genéticas entre elefantes y mamuts que ayudarían a detener la desaparición de la tundra y el permafrost siberiano.
8. Animales modificados con CRISPR-Cas son aprobados por la FDA.
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| Vaca modificada con CRISPR (izquierda) y no modificada (derecha). Nature Communications© |
Recientemente la FDA ha dado luz verde al primer animal modificado con CRISPR-Cas dado que posee un bajo riesgo respecto a la bioseguridad. Corresponde a una variedad de vaca modificada para que tenga pelaje delgado y así resistir el calor tropical donde es criado. Independientemente de su necesidad o no, la aprobación de estos animales modificados sentará un precedente regulatorio que abrirá la puerta para más organismos modificados con CRISPR-Cas. Este hecho también significa que en poco menos de 10 años se logró pasar de modificar con CRISPR-Cas células cultivadas en laboratorio a modificar un organismo grande y complejo como el de la vaca y a obtener la aprobación para su uso y explotación comercial por la agencia regulatoria más importante del mundo.
Sobra decir que la modificación genética con CRISPR-Cas es muy diferente a la vieja tecnología de los transgénicos, además de que técnicamente es imposible de diferenciar la variante modificada de la no modificada, CRISPR-Cas solo edita, no adiciona genes foráneos. Aun así, Europa no ha permitido su uso.
9. Intento de regulación y aparición de preguntas bioéticas.
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| Ilustración de Dan Mitchell© |
La edición de los bebés "CRISPR" ha generado que muchos gobiernos se apresuren a regular su uso. La aparición de la tecnología CRISPR-Cas nos ha hecho preguntarnos ¿en qué deberíamos usar la tecnología CRISPR-Cas y en que no? ¿en qué casos estamos listos y en cuales es mejor esperar? ¿Qué consecuencias éticas, políticas, sociales y económicas traerá el uso de CRISPR-Cas? Desafortunadamente no hay respuestas claras ni definitivas para estos cuestionamientos éticos.
Por un lado, se ha planteado que la modificación de células germinales no debería de hacerse por que aún no sabemos qué consecuencias traería. Se sabe que la tecnología es muy precisa y especifica al cortar, pero que sin embargo puede llegar a generar cortes en lugares no deseados con posibles consecuencias inesperadas. ¿En qué momento el beneficio supera al riesgo? ¿Es justo hacer esperar a las personas con enfermedades genéticas hereditarias que ven una posibilidad de curarse y evitar mas sufrimiento con el uso de CRISPR-Cas?.
10. La tecnología CRISPR-Cas tiene vastas perspectivas.
El panorama de CRISPR-Cas está cambiando muy rápidamente. Se están generando o hallando nuevos sistemas CRISPR-Cas que podrían reducir los riesgos o eliminar ciertos problemas que han sido señalados en sus inicios. Por otro lado, siempre está el cuestionamiento de que el uso de CRISPR-Cas para editar personas llevará a aumentar las desigualdades en la sociedad. Sin embargo, existen varias aplicaciones que son menos polémicas (aunque no exentas de ellas) y que pueden dar paso a beneficios claros en la sociedad. Este tipo de cuestionamientos se deben de discutir por todos los miembros de la sociedad y las opiniones emanadas de ella deben de ser consideradas por los órganos regulatorios para legislar acerca de para qué usar CRISPR-Cas y determinar dónde está el límite, el cual sobra decir, nunca será definitivo.
Armando Hernández García©
