Ingeniería Genética: Lecciones que nos deja el CRISPR/Cas9

Ingeniería Genética: Lecciones que nos deja el CRISPR/Cas9
28 marzo, 2020 Karla Robles
In Notas

Todo lo que una persona puede imaginar, otras podrán hacerlo realidad.”

Julio Verne

¿Qué es la Ingeniería Genética?

Quizás suene irreal pero entre más avanzamos en el desarrollo de la ciencia y la medicina, la realidad irá superando a la ficción.

Primero debemos entender unos conceptos básicos. El DNA es el material heredado formado por una cadena de doble hélice que contiene la información genética necesaria para el desarrollo y el funcionamiento de cada individuo.

Se denomina Ingeniería Genética a la aplicación de las técnicas de biología molecular para modificar la(s) secuencia(s) de DNA de diferentes genomas. Gracias al descubrimiento de diferentes enzimas que funcionan como “tijeras” y “cortan” estas cadenas, se pueden realizar diferentes métodos de experimentación, secuenciación, clonación y modificación del DNA.

Todos los métodos tienen como fin entender la función y el efecto de diferentes genes durante los periodos de salud y enfermedad, para así desarrollar tratamientos y métodos preventivos más efectivos. Esto se hace mediante la introducción, eliminación (silenciamiento) o mutación de genes en modelos celulares y animales.

Uno de los métodos que han sido más exitosos es el llamado CRISPR-Cas 9 (por sus cifras en inglés Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats-associated system (Cas)). Este método “edita” una cadena doble de ADN sobre una guía (llamada guía de RNA) que se une y pega la región del gen en estudio para integrar una secuencia de ADN. El Cas (endonucleasa/enzima) corta la doble cadena de ADN.

Esta técnica de ingeniería genética originalmente fue descubierta en bacterias que la usan como parte de su sistema inmune contra la invasión de otros organismos. En la actualidad se desarrollan modelos celulares con base en estos mecanismos de defensa para investigar etiología, patogenicidad, desarrollo y probar la efectividad de tratamientos.

 

Uso clínico: ¿La panacea?

Considerando la capacidad de modificar la información genética, el CRISPR ha sido estudiado como uno de los tratamientos del futuro más efectivos.

Enfermedades Genéticas.

Este es uno de los campos donde se ha logrado más entusiasmo, particularmente para aquellas enfermedades en las que ya se cuenta con información acerca de los genes causales. Este es principalmente el caso de la Fibrosis Quística, la Distrofia Muscular de Duchenne y algunas hemoglobinopatias.

La Fibrosis Quística es una enfermedad genética, causada por mutaciones en el gen CFTR, este codifica una proteína importante que atraviesa la membrana celular que produce moco, sudor, saliva, lágrimas y enzimas digestivas. Al encontrarse mutado existe un problema en la secreción de estas substancias, produciendo un moco “pegajoso” e inflamación e incrementando la susceptibilidad a infecciones pulmonares, en los peores casos causando insuficiencia respiratoria. Así mismo existe una obstrucción de los conductos y una alteración de la secreción enzimática generando insuficiencia pancreática y desordenes gastrointestinales, entre otros problemas orgánicos. La supervivencia y calidad de vida de estos pacientes depende del tipo de mutación y afección pero se han logrado mejorías, mediante un reemplazo enzimático que modula la presencia de esta proteína transmembranal.

Un grupo de investigadores logró desarrollar un modelo celular proveniente de células troncales del intestino de dos pacientes con la enfermedad. Ellos lograron corregir unas de las mutaciones más comunes causales de la enfermedad en modelos organoides intestinales, recuperando la función de la proteína transmembranal.

Otro ejemplo de buenos resultados son las hemoglobinopatías. Estas enfermedades se caracterizan por mutaciones en genes que forman parte de uno de los componentes esenciales en la sangre: la hemoglobina. La hemoglobina es una proteína grande presente en las células rojas de la sangre que transporta el oxígeno a todos los tejidos de nuestro cuerpo. Las mutaciones en un gen llamado b-globina, llamadas enfermedades de células falciformes y b-talasemias, resultan en la producción deficiente de una proteína estructural importante presente en la hemoglobina, además de defectos de la función de la hemoglobina lo que genera anemia y otros problemas.

Estas mutaciones han sido corregidas gracias al CRISPR/Cas9 en células troncales y progenitoras hematopoyéticas. Esto ayuda a recuperar la función de la hemoglobina y es una fuente de células para trasplante [1].

 

Enfermedades infecciosas

Dado que originalmente este método fue observado en el sistema inmune de bacterias, su aplicación para combatir infecciones (especialmente contra agentes virales) es ventajosa.

Propongamos como ejemplo el Virus de Inmunodeficiencia Humana (VIH). Debido al complejo ciclo de vida del VIH dentro de la célula y su capacidad de reproducirse, su erradicación no ha sido lograda. Si bien la terapia antiviral con la que se cuenta hoy día es efectiva, no puede erradicar el virus o combatir estados latentes de infección (cuando el virus está en el cuerpo  en estado de reposo y sin multiplicarse), por lo que los pacientes infectados sufren un padecimiento a lo largo de su vida.

Actualmente existen grandes avances en el desarrollo de la cura del VIH con terapias CRISPR/Cas9 induciendo daño en regiones del DNA del virus que promueven su latencia. El receptor CCR5 (quimocina) facilita la infección del virus a las células y ha demostrado inferir gran parte de la patogenicidad y el grado de infección. El gen de este receptor ha sido modificado por CRISPR-Cas9 en modelos de células troncales, células T (células del sistema inmune) y otras líneas celulares y modificaciones en otros genes clave, han resultando en menor carga viral. Inclusive -en conjunto con terapias antivirales- han demostrado ser el primer tratamiento exitoso en un modelo de ratón.

Otras enfermedades donde se han logrado avances significativos son: Influenza, herpes, dengue, hepatitis B y cáncer. En el caso del cáncer, al identificar las mutaciones causales y los genes clave encargados de la proliferación y muerte celular, la “edición” o “corrección” de estos genes es una vía plausible. Aunque aún falta mucho para desarrollar un tratamiento efectivo contra el cáncer vía CRISPR/Cas, ya existen buenos resultados, principalmente en cáncer de mama y pulmón.

 

¿CRISPR/Cas como método diagnóstico?

El CRISPR/Cas ha sido también de gran ayuda como un método de apoyo de diagnóstico clínico. Al conocer la información genética del agente infeccioso, se pueden diseñar métodos de detección que reconozcan regiones específicas del DNA del mismo. Un ejemplo reciente fue el uso del CRISPR/Cas para la detección del virus Zika. En la actualidad se dedican grandes esfuerzos en el desarrollo de un método de detección del Covid-19 vía el CRISPR/Cas [2].

 

Limitantes: ¿Que detiene aún el uso del CRISPR/Cas en la medicina clínica?

El CRISPR/Cas no es un método 100% preciso, lo que puede generar mutaciones no deseadas en otras regiones del genoma. Existen diversos métodos capaces de corregir algunas mutaciones con menos “errores”, pero no hay un método de administración que sea efectivo e inocuo. Además, existen interrogantes relacionadas a las técnicas como si las inserciones pudieran ser eliminadas por mecanismos celulares y sus “checkpoints” (puntos de regulación celular donde se revisa que la célula se encuentre “sana”), promoviendo la muerte celular en aquellas que se introdujo exitosamente la secuencia [3].

De la misma forma el uso de CRISPR/Cas como terapia en humanos ha sido limitado por la controversia generada en algunos reportes referente a las respuestas adversas que podría causar en el sistema inmune. Un ejemplo de esto es el caso de los bebés “CRISPR” que causó revuelo y debate en la comunidad científica alrededor del mundo. El biofísico chino He Jiankui y sus colaboradores alteraron los genes de embriones humanos y los implantaron en dos mujeres sin estudiar los efectos de las mutaciones generadas, evadiendo normas éticas médicas y de investigación. Los investigadores fueron sentenciados a 3 años de prisión por práctica médica ilegal y la revocación de su derecho de practicar en el campo de la reproducción humana.  Suena a película de ficción GATTACA ¿recuerdan?.

Este caso ha generado la interrupción de la edición genética en embriones y células humanas por el desencadenamiento del temor de represalias y críticas a la comunidad científica y médica.

Estas limitaciones demuestran que queda mucho camino por recorrer, sin embargo grandes avances se realizan cada día y debemos apoyar enormemente a toda la comunidad científica y medica para poder seguir desarrollando mejoras en la salud de la sociedad, implicando medidas de prevención y tratamiento efectivo.

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