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¿Qué es CRISPR, la técnica que cambiará la manipulación genética?

El término CRISPR significa en inglés clustered regularly interspaced short palindromic repeats, que se traduce en español como “repeticiones palindrómicas cortas agrupadas y regularmente interespaciadas”.

¿Qué es CRISPR?

Se trata de secuencias de ADN que contienen multitud de segmentos palindrómicos, es decir, secuencias que se leen de mismo modo en los dos sentidos de la hebra de ADN.

Estos segmentos palindrómicos se encuentran divididos por secuencias separadoras y existe también una secuencia “líder”. El conjunto de secuencias palindrómicas, separadoras y la secuencia líder es un CRISPR.

¿Pero cuál es la función de CRISPR?

Estas secuencias se encuentran presentes en el 40% de los genomas bacterianos y el 90% de los genomas de arqueas. Las arqueas son organismos unicelulares procariotas, es decir, carecen de núcleo celular, de forma similar a las bacterias y a diferencia del resto de seres vivos.

Sin embargo, aquí se terminan las similitudes entre bacterias y arqueas, pues sus rutas metabólicas, genomas y bioquímica son semejantes a los organismos eucariotas (aquellos con núcleo celular).

CRISPR - la revolucionaria técnica de manipulación genética
Imagen 1 Esquema del funcionamiento de CRISPR. Una vez transcrito el ADN que codifica CRISPR, la enzima Cas degrada el material genético vírico. Posteriormente, parte de este material genético es incorporado a la secuencia de CRISPR, que será transmitida a los descendientes.

Pues bien, la función de las secuencias CRISPR en estos organismos es defenderse frente a virus. Los virus, en el límite de lo que separa a los seres vivos y no vivos, son capaces de reproducirse gracias a que parasita otros organismos y utilizan la maquinaria celular de su huésped para replicar su material genético y ensamblar nuevos virus.

Este proceso puede incluir una fase en la que el virus integra su material genético en el genoma del huésped, pasando así un periodo de tiempo variable. Este es el caso de algunos virus humanos como la gripe, el herpes o el VIH.

CRISPR actúa conjuntamente con una proteína llamada Cas9, cuyo nombre proviene de CRISPR asociated proteine 9. Cas9 es una enzima endonucleasa, lo que significa que realiza cortes en secuencias de ADN.

Una secuencia de ARN guía a Cas9 hacia un segmento de ADN complementario al ARN guía, y Cas9 corta esta secuencia de ADN. El ARN guía proviene de la transcripción (conversión de ADN en ARN) de una de las secuencias separadoras presentes en CRISPR y es complementario al material genético de algunos virus.

De este modo, si un virus ataca a una bacteria o arquea que posea una secuencia CRISPR con un separador complementario al material genético del virus (que puede ser ADN o ARN), Cas9 cortará el material genético dejándolo inservible.

De este modo, si un virus ataca a una bacteria o arquea que posea una secuencia CRISPR con un separador complementario al material genético del virus (que puede ser ADN o ARN), Cas9 cortará el material genético dejándolo inservible.

Se trata de un mecanismo defensivo adquirido que permite incorporar secuencias genéticas de nuevos virus, siendo transmitidas a los descendientes. La utilidad de este mecanismo de defensa frente a virus es enorme para bacterias y arqueas, ¿pero cómo afecta al resto de organismos?

Edición genética gracias a CRISPR

Utilizando una secuencia CRISPR manipulada en laboratorio y la enzima Cas9 es posible realizar cortes en cualquier segmento de ADN cuya secuencia genética sea conocida. Basta con incluir la secuencia complementaria a la que debe ser cortada en un separador de CRISPR.

Esto, por un lado, permite la inactivación de genes, tanto de la propia célula como de organismos patógenos. Es decir, CRISPR podría usarse en humanos para eliminar virus como el VIH, contra el que no existe un tratamiento de cura.

En el caso del VIH, y en relación a lo explicado anteriormente acerca del ciclo vírico, los medicamentos actuales se basan en evitar que el virus se exprese una vez se ha integrado en el ADN de la célula huésped. Pero este tratamiento tiene una duración indefinida, ya que el virus no es realmente eliminado.




También existe la posibilidad de emplear conjuntamente otras enzimas, que tienen la función de unir dos fragmentos cortados de ADN, permitiendo insertar nuevos genes en puntos del genoma con secuencia conocida.

El ARN guía localiza el punto donde debe realizarse la unión, Cas9 realiza el corte del ADN y la otra enzima inserta la nueva secuencia en el punto del corte, dejando la hebra de ADN tal y como estaba pero con un nuevo gen. Una técnica de manipulación genética con grandes posibilidades.

En ambos casos, inactivando genes o introduciendo otros nuevos, las posibilidades que ofrece CRISPR en campos como el de la terapia genética para la cura de enfermedades o el cultivo de alimentos transgénicos son enormes. Esta nueva tecnología ya ha sido calificada como el mayor descubrimiento en ingeniería genética en lo que va de siglo.

proteina-cas9
Imagen 2 Recreación en 3D de la enzima Cas9, en este caso adherida a una secuencia de ADN y al ARN guía.

Guerra de patentes en manipulación genética

Los nuevos descubrimientos en ingeniería genética mueven mucho dinero, lo cual está asociado irremediablemente a conflictos de intereses y carreras por parte de investigadores e instituciones a la hora de ser los primeros en patentar sus investigaciones.

El sistema CRISPR fue descubierto por primera vez en 1987 por un grupo de investigadores japoneses liderados por Yoshizumi Ishino. Años más tarde y de forma independiente fue descubierto de nuevo por Juan Francisco Mojica, un microbiólogo español.

En el año 2012 las doctoras Emmanuelle Charpentier, de la Universidad de Umeå, y Jennifer Doudna, de la Universidad de California en Berkeley, publicaron un artículo en Science describiendo el posible uso de CRISPR para la manipulación genética y posteriormente presentaron la primera patente del descubrimiento. Posteriormente, en el 2014, el profesor Feng Zhang del Broad Institute patentó el mismo sistema pero aplicado a humanos.

Esto generó bastante controversia entre los académicos, pues para muchos era obvio que el mecanismo CRISPR se podía aplicar a humanos, por lo que el prof. Zhang no había aportado realmente nada nuevo. Las posteriores patentes basadas en la tecnología CRISPR se encuentran impugnadas y pendientes de resolución.

Esperemos que esta guerra de patentes no perjudique el desarrollo de una técnica de manipulación genética excepcional y que puede suponer un gran avance a todos los niveles.

Fuentes:

1- Jinek M, Chylinski K, Fonfara I, Hauer M, Doudna JA, Charpentier E (2012). «A programmable dual-RNA-guided DNA endonuclease in adaptive bacterial immunity». Science 337 (6096): 816-21.
2- Wang H, Yang H, Shivalila CS, Dawlaty MM, Cheng AW, Zhang F, Jaenisch R (2013). «One-step generation of mice carrying mutations in multiple genes by CRISPR/Cas-mediated genome engineering». Cell 153 (4): 910-8.

About Rubén Portela

Graduado en Biología por la Universidad de A Coruña, con un máster en Gestión Medioambiental. Actualmente realizando una tesis doctoral en especies clonales invasoras en el International Campus of Excellence Do*Mar. Apasionado por la ciencia y enamorado desde la infancia de la naturaleza y los animales, especialmente la biología marina y los insectos.

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