Desactive el editor del genoma cuando haya terminado
La edición del genoma CRISPR ahora tiene un interruptor de apagado. Analizamos la tecnología en la EH sin exageraciones
La edición del genoma es una frontera muy discutida en la ciencia médica en este momento, con la ‘cirugía de ADN’ que tiene el potencial de tratar o curar enfermedades genéticas como la enfermedad de Huntington. Aquí analizamos lo que esta tecnología puede hacer actualmente y analizamos los desafíos que aún quedan por delante. También analizaremos cómo un equipo de científicos suizos ha desarrollado recientemente una forma de apagar la maquinaria de edición del genoma una vez que ha terminado su trabajo.
Primero, algunos conceptos básicos
Todos estamos formados por células, y cada célula contiene una copia completa de nuestro ADN. Nuestro ADN es el manual de instrucciones de nuestro cuerpo. Está compuesto por cuatro ‘letras’ químicas: A, T, G y C. El manual de instrucciones completo se conoce como el
¿Qué es la edición del genoma?:
La enfermedad de Huntington es causada por una mutación en el gen que es una receta para una proteína llamada huntingtina. En personas con EH, la secuencia CAG se repite demasiadas veces al principio del gen. Eso hace que las células fabriquen una proteína dañina: huntingtina mutante.
¿No sería increíble si pudiéramos editar ese fragmento de ADN para que volviera a la normalidad? Esta idea no es nueva, pero recientemente se han desarrollado herramientas que algún día podrían permitir la edición del ADN en personas.
La edición del genoma utiliza proteínas llamadas nucleasas, que son máquinas moleculares que cortan el ADN. La tecnología que ha estado apareciendo en las noticias recientemente es CRISPR. Su historia se remonta a principios de la década de 1990, cuando los investigadores encontraron extraños grupos de letras de ADN repetidas en bacterias. Los llamaron CRISPR, pero en ese momento no sabían lo que hacían. Un tiempo después, en 2002, los científicos descubrieron que hay instrucciones de ADN para fabricar una nucleasa muy cerca de estas repeticiones. Llamamos a estas nucleasas ‘Cas’. Luego, en 2005, otra pieza del rompecabezas encajó cuando los investigadores descubrieron que las secuencias cortas entre las repeticiones no eran de las propias bacterias, sino que en realidad eran ADN viral que se había agregado al genoma bacteriano después de una infección.
Resulta que la combinación de CRISPR y Cas (CRISPR/Cas) es en realidad un sistema inmunitario bacteriano, un arma que utilizan contra los virus. Cuando un virus infecta una célula bacteriana, la bacteria roba un poco de su ADN y lo inserta en su propio genoma entre las repeticiones de CRISPR. Toda la secuencia (CRISPR, ADN viral y máquina de corte de nucleasa) se convierte en un arma que puede reconocer el ADN del virus invasor y cortarlo, evitando la infección.
Finalmente, en 2012, Jennifer Doudna y Emmanuelle Charpentier demostraron que al modificar la secuencia de ADN en la parte central, se puede hacer que Cas corte el ADN en cualquier punto que se desee. Esa parte es como el sistema de orientación de la nucleasa Cas: ¡listo, tenemos una herramienta de edición del genoma hecha a medida!
Convertir la edición del genoma en un tratamiento
Las células humanas no tienen CRISPR ni Cas, por lo que para editar el genoma humano, primero hay que enseñar a las células cómo fabricar estas herramientas de edición de genes. Para ello, los científicos empaquetan la receta de ADN para CRISPR y Cas en un virus inofensivo e infectan las células con él. El virus inyecta el ADN en las células. Las células fabrican las herramientas de edición CRISPR y Cas, que luego atacan el propio ADN de la célula, cortándolo en la ubicación deseada.
Un gran desafío es asegurarse de que Cas no alcance el objetivo equivocado. Si hay una secuencia de ADN en otro lugar que es muy similar, entonces Cas también podría cortarla. Esto significa que en el proceso de intentar corregir una mutación en un gen, podría introducir otra en otro lugar, y eso podría causar una enfermedad completamente nueva.
“El sistema de edición del genoma KamiCas9 primero desactiva el gen de la huntingtina y luego, aproximadamente cuatro semanas después, se apaga solo”
Edición del genoma para tratar enfermedades
La edición del genoma tiene el potencial de curar muchas enfermedades. La investigación se encuentra en una etapa temprana, particularmente en humanos. En un estudio reciente, investigadores chinos utilizaron CRISPR/Cas en embriones humanos para corregir una mutación que causa la enfermedad sanguínea beta-talasemia. Los embriones no se implantaron, pero sí demostraron que el genoma humano se puede editar.
Uso de la edición del genoma para tratar la enfermedad de Huntington
Actualmente, se está llevando a cabo un ensayo emocionante de ‘reducción de huntingtina’ utilizando un fármaco llamado oligonucleótido antisentido (ASO) para reducir la cantidad de proteína huntingtina en las células cerebrales. Este método a veces se denomina ‘silenciamiento génico’, pero no es edición del genoma, porque el fármaco no altera el ADN propio del cerebro.
La edición del genoma iría un paso significativo más allá al tratar la enfermedad de Huntington a nivel del ADN. Hay varias formas de abordar esto. Idealmente, sería posible recortar la larga repetición de CAG a una longitud normal. Sin embargo, aunque CRISPR/Cas es actualmente bueno para cambiar letras individuales en el ADN, todavía no puede dirigirse específicamente al gen expandido y reducir el número de repeticiones de CAG. Un enfoque alternativo es introducir el equivalente genético de una señal de STOP al principio del gen HTT, para que su proteína no se produzca en absoluto.
En teoría, la edición del genoma detendría de forma permanente y completa la producción de la proteína. Esto puede sonar genial, pero es potencialmente un arma de doble filo, porque una vez hecho no se puede revertir, por lo que si algo sale mal, podría tener efectos duraderos.
Refinamiento de CRISPR/Cas en la enfermedad de Huntington
Una vez que el ADN para CRISPR y Cas se ha insertado en un genoma, permanece allí para siempre. Esto significa que las células seguirán produciendo la nucleasa Cas, aunque solo se necesite para hacer un trabajo: cortar el ADN de la célula en la que está flotando. Después de eso, ya no es necesario.
Tarde o temprano, existe el riesgo de que la nucleasa Cas corte el ADN en algún lugar donde no debería, introduciendo una mutación que podría causar una enfermedad. Además, recuerde que Cas originalmente provenía de bacterias. Eso significa que el sistema inmunitario humano podría reconocerlo como extraño e intentar atacarlo, desencadenando una reacción inmunitaria peligrosa.
Idealmente, queremos un tratamiento CRISPR/Cas que solo funcione brevemente, editando el ADN de la manera elegida y luego apagándose solo.
El equipo de Nicole Déglon de la Universidad de Lausana en Suiza ha desarrollado una forma de lograr que haga precisamente eso. Desarrollaron una forma de apagar Cas una vez que ha terminado de editar el gen HTT, reduciendo así las posibilidades de que desencadene una reacción inmunitaria o corte en algún lugar donde no debería.
La genial idea del equipo suizo fue crear una máquina CRISPR/Cas que se dirija al gen de la huntingtina, pero con una secuencia CRISPR adicional que también hace que la nucleasa Cas se dirija a su propio ADN. Cuando corta su propio ADN, el sistema se inactiva.
Esta secuencia CRISPR adicional, que llamaron ‘KamiCas9’ (sí, el nombre es un juego de palabras bastante dudoso con la palabra ‘kamikaze’), se produce a un ritmo mucho más lento que la que se dirige a la huntingtina, por lo que su efecto se retrasa. Eso significa que primero desactiva el gen de la huntingtina y luego, aproximadamente cuatro semanas después, el sistema de edición del genoma se apaga. Las ediciones realizadas en el gen de la huntingtina durante las primeras cuatro semanas permanecerán para siempre, pero la desactivación final de la nucleasa Cas reduce las posibilidades de efectos nocivos más adelante.
¿Dónde deja esto la edición del genoma?
La edición del genoma tiene un enorme potencial para tratar una amplia gama de enfermedades. Sin embargo, si no se hace correctamente, también podría introducir problemas genéticos en el ADN humano que tendrían efectos incalculables para los pacientes y las generaciones futuras.
El equipo de Déglon ha logrado un avance importante al apagar el hardware de edición una vez que ha terminado su trabajo. Sin embargo, introducir el sistema de edición de genes en el cerebro humano sigue siendo un gran desafío, al igual que el riesgo de que corte en el lugar equivocado antes de desactivarse.
La edición del genoma es una tecnología emocionante que en el futuro podría ser una vía para prevenir la enfermedad de Huntington, o incluso eliminar el riesgo para las generaciones futuras. Este nuevo interruptor de apagado es un ejemplo de científicos que trabajan arduamente para mejorar las técnicas todo el tiempo. ¡El trabajo para preparar la edición del genoma para ayudar a las familias afectadas por la enfermedad de Huntington continúa!
