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Quilo de Ciencia

El quilo, con “q” es el líquido formado en el duodeno (intestino delgado) por bilis, jugo pancreático y lípidos emulsionados resultado de la digestión de los alimentos ingeridos. En el podcast Quilo de Ciencia, realizado por el profesor Jorge Laborda, intentamos “digerir” para el oyente los kilos de ciencia que se generan cada semana y que se publican en las revistas especializadas de mayor impacto científico. Los temas son, por consiguiente variados, pero esperamos que siempre resulten interesantes, amenos, y, en todo caso, nunca indigestos.

CRISPR contra las bacterias.

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A finales de 2018, una sorprendente noticia sobresaltó a buena parte del mundo: un científico chino, de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Shenzhen del Sur, afirmó haber generado dos niñas gemelas con el genoma modificado gracias a la tecnología de edición de ADN llamada CRISPR (léase crísper). Los embriones que luego dieron lugar a las niñas habían sido modificados con esta técnica de modo que el gen CCR5 había sido mutado. Esta mutación convertía a las niñas en inmunes frente a la potencial infección por el virus VIH causante del SIDA. Se trataba de un primer paso que abría la inquietante posibilidad de la edición sencilla del genoma humano con diversos fines, terapéuticos, de mejora genética, o incluso militares.

Recordemos que la técnica CRISPR deriva del descubrimiento de un sistema molecular inmunitario de las bacterias. Estas son atacadas por virus llamados bacteriófagos, que las infectan y las matan en el procedo de su reproducción. Para defenderse, muchas bacterias han desarrollado durante su evolución, un sistema que “roba” el ADN de un bacteriófago que ha infectado a la bacteria, pero que, por diversas razones, no ha conseguido reproducirse con éxito en su interior. Este ADN robado es incorporado en el genoma de la bacteria y utilizado para generar un ARN complementario, como normalmente sucede con el ADN de los genes. En otras palabras, las bacterias construyen un gen nuevo con el ADN robado al virus, y se lo guardan para defenderse.

El ARN complementario al ADN del virus es captado por un enzima de la bacteria: el enzima Cas. Este enzima en un destructor de ADN y, por consiguiente, un destructor de información genética. En caso de que otro virus de la misma especie vuelva a intentar infectar a la bacteria y a introducirle su ADN, el ARN unido a Cas permite a este enzima encontrar al ADN del virus y destruirlo. Cuántos más bacteriófagos diferentes hayan intentado infectar a la bacteria sin éxito, más inmune será la bacteria frente a ellos.

Este sistema inmunitario bacteriano ha sido modificado en el laboratorio para permitir su empleo en células animales. Esta modificación permite que un enzima Cas guíe a un ARN complementario hasta el gen que queramos modificar. El enzima Cas corta entonces el cromosoma en ese gen.

Un cromosoma cortado puede resultar mortal para la célula, razón por la cual, a lo largo de la evolución, las células animales han desarrollado sofisticados mecanismos de reparación del ADN roto. Uno de estos mecanismos simplemente une como puede el ADN introduciendo “letras de ADN” entre los extremos rotos del cromosoma para pegarlos. Este mecanismo suele introducir mutaciones al azar en el gen, que lo inutilizan. Otro de estos mecanismos, en cambio, repara el ADN mediante la sustitución de la región dañada por una copia de la región sana del otro cromosoma. Este proceso puede ser utilizado por los científicos para sustituir una región de un gen por otra de diseño, que se introduce en la célula al mismo tiempo que el enzima Cas y el ARN complementario del gen que se desea modificar.

Genes silenciados

La tecnología CRISPR es tan poderosa para editar el ADN que ha atraído la atención de numerosos grupos de investigación. Muchas de las mentes más brillantes en el área de la biología molecular han dedicado sus esfuerzos a estudiar esta tecnología y a mejorarla para permitir su utilización en otros escenarios diferentes de los de la mera edición del ADN, por ejemplo, modificando el funcionamiento de los genes.

Las bacterias no poseen dos copias de sus genes, como sucede en las células de los animales, por lo que, si destruimos un gen esencial, la bacteria muere. Esta situación impide averiguar en qué contextos el gen es más necesario. Por ejemplo, si queremos averiguar si un gen esencial para la vida de la bacteria afecta a su resistencia a un antibiótico, no podemos destruirlo, porque la bacteria morirá y ya no habrá nada que podamos estudiar con ella. Sería mucho mejor poder disminuir el nivel de funcionamiento del gen manteniendo así aún viva a la bacteria, para ver si al tratarla con el antibiótico que sea esta se convierte o no en más sensible al mismo.

Recientemente, un numeroso grupo de investigadores de varias universidades estadounidenses han generado una modificación del sistema CRISPR que permite afectar al funcionamiento de genes esenciales de las bacterias sin matarlas, y poder estudiar así mejor su función. Para ello, han conseguido una variante de enzima Cas que junto con un ARN complementario a un gen bacteriano puede unirse al mismo, pero sin cortarlo, es decir, sin destruirlo. La unión del ARN y del enzima Cas no cortante impide, sin embargo, el funcionamiento del gen en mayor o menor medida, por lo que la bacteria no puede tenerlo funcionando al cien por cien. Esta disminución del funcionamiento génico puede hacerse con un gen o con varios al mismo tiempo, simplemente añadiendo al sistema ARNs complementarios de los genes cuyo funcionamiento pretendamos disminuir.

Con el funcionamiento de uno o varios genes disminuido, podemos ahora analizar si estos afectan a la sensibilidad de una bacteria a un antibiótico frente al cual es resistente. De ser esto lo que suceda, se podría pasar a intentar afectar esos genes con nuevos fármacos que bloqueen su funcionamiento, aunque solo sea de modo parcial, lo que podría convertir a la bacteria resistente en sensible al antibiótico. El sistema permite, además, ser transferido de bacteria en bacteria para poder estudiar con facilidad numerosas especies de estos microorganismos.

CRISPR y sus variantes se ha revelado como la técnica más poderosa de edición y también de modificación del funcionamiento de los genes. Su empleo está iniciando una nueva era en el estudio del genoma, y también abriendo lo que hasta hace muy poco no eran sino inimaginables posibilidades para la edición de genomas de plantas, animales, y también del ser humano. Convendría estar atentos a lo que va sucediendo con ella.

Referencias: (1) Jason M. Peters et al. Enabling genetic analysis of diverse bacteria with Mobile-CRISPRi. Nature microbiology 2019. https://www.nature.com/articles/s41564-018-0327-z (2) http://cienciaes.com/entrevistas/2016/03/03/crispr-con-jorge-laborda/

Más información en el Blog de Jorge Laborda.

Obras de divulgación de Jorge Laborda

Quilo de Ciencia Volumen I. Jorge Laborda
Quilo de Ciencia Volumen II. Jorge Laborda
Quilo de Ciencia Volumen III. Jorge Laborda
Quilo de Ciencia Volumen IV. Jorge Laborda
Quilo de Ciencia Volumen V. Jorge Laborda
Quilo de Ciencia Volumen VI. Jorge Laborda
Quilo de Ciencia Volumen VII. Jorge Laborda
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