Las bondades que nos brindanlas tijeras genéticas CRISPR-Cas9

Por: William Guillermo Vílchez Cruz

Tipo: Artículo de Divulgación Científica

Imagínate que enfermedades muy peligrosas como por ejemplo el cáncer sean curadas, pues en la actualidad esto aún sigue siendo imposible, sin embargo, no estamos tan lejos de poder lograrlo. Estas posibilidades, se deben gracias a los avances en los últimos años con respecto a la terapia génica y su importancia en el tratamiento de las enfermedades (1). Un gen es un segmento de ADN que se conoce como la unidad física y funcional de la herencia, por lo tanto, contiene la información necesaria para producir las proteínas. Entonces ¿qué es terapia génica?, se le dice terapia génica cuando se introduce un material genético (ADN o ARN) a las células, con la finalidad de reparar un gen dañado o darle una nueva función a dicha célula (2). Así pues, para lograr todo esto se necesita utilizar un sistema de edición del genoma y un ejemplo de éstos, es el sistema CRISPR-Cas9. El desarrollo de este sistema ha revolucionado el uso de la terapia génica, dando una luz de esperanza para tratar las enfermedades humanas más complicadas (3).

El sistema CRISPR-Cas9 es considerado una poderosa herramienta en la investigación biológica, debido a que, nos permite comprender la función de los genes y lo mejor es que es simple de usar, específico y con pocos efectos secundarios en comparación a los otros sistemas (4, 5). Antes de seguir hablando de CRISPR-Cas9 y su aplicación, es importante aclarar que este sistema proviene de un mecanismo inmune naturalmente encontrado en arqueas y bacterias, que le permite defenderse de sus principales enemigos, los bacteriófagos (un tipo de virus que ataca a bacterias) (6). La Figura1 muestra el sistema natural de CRISPR-Cas9.

Todo lo que se conoce hasta ahora sobre CRISPR-Cas se debe al interés de los investigadores por entender como funcionaba este sistema inmunológico, no obstante, fue en el año 2012 donde se dio un giro de 180°, pues en ese año Charpentier y Doudna utilizaron un tipo de CRISPR-Cas que es el CRISPR-Cas9 (tipoII) de bacterias y demostraron su potencialidad como un editor de genes. Posteriormente, Feng Zhang realizó el primer corte utilizando CRISPR-Cas9 sobre el genoma de una célula viva de mamífero (7).

Figura 1.Sistema natural de CRISPR-Cas. Tomado de Lammoglia et al. (2016)

Ahora que conocemos un poco sobre el origen de CRISPR-Cas9, es importante saber cómo esta formado, para entender como actúa. Este sistema de edición genética, esta conformado por una proteína Cas9 y un ARN guía único (sgRNA) (Figura2). Al momento de la edición de un gen en específico, la proteína Cas9 interactúa con el sgRNAy este último dirige a la proteína para que realice su función, que es cortar el sitio de interés. Pero, no solamente queda ahí, luego del corte se activan dos posibles vías de reparación llamadas unión de extremos no homólogos (NHEJ) o reparación dirigida por homología (HDR) (8, 14).

CRISPR-Cas9 tiene diversas aplicaciones en diferentes áreas de investigación incluyendo estudios en plantas, animales, y humanos (Figura 3). Veamos algunas aplicaciones de este sistema.

Figura 2. Mecanismo de acción del sistema CRISPR-Cas9. Modificado de Chenet al. (2019)
Figura 3. Aplicaciones del sistema CRISPR-Cas9. Modificado de Youet al. (2019)

EN HUMANOS

CRISPR-Cas9 ha tomado mucha importancia en la medicina especialmente como terapia génica. Este sistema permite el tratamiento de enfermedades genéticas, sanguíneas, oculares, cardíacas, mentales, oncológicas, virales y bacterianas (9, 15). En cuanto a las enfermedades genéticas, puede corregir mutaciones en un gen como por ejemplo los que producen la fibrosis quística, la hemofilia, la anemia falciforme, la β-talasemia, la distrofia muscular de Duchenne, entre otras enfermedades. También, se utiliza como terapia antiviral contra el virus de la hepatitis B, el virus de la inmunodeficiencia humana (VIH), los virus oncológicos como el virus del papiloma humano (VPH) (relacionado con el desarrollo de cáncer de cuello uterino), el virus de EpsteinBarr(EBV) que causa carcinoma nasofaríngeo; y el virus de la hepatitis B que puede ocasionar cáncer de hígado (9, 10).

Además, CRISPR-Cas9 se puede utilizar para prevenir, controlar y combatir las bacterias resistentes a los antibióticos, por ejemplo Staphylococcusaureus. En el caso del tratamiento contra el cáncer, la mayoría de los ensayos se basan en formar células T (un tipo de glóbulo blanco) genéticamente modificadas, para que luego tengan la capacidad de identificar y atacar selectivamente a las células del cáncer de forma más efectiva (11, 12, 13). Otra manera, es utilizar este sistema para dirigirse a los genes supresores de tumores, y restaurarlos para impedir la tumorogénesiso modificar virus, para destruir solamente las células tumorales (9). Las diversas aplicaciones en el área humana, se pueden ver en la Figura3.

EN ANIMALES

Este sistema ha brindado un gran avance en la ganadería, mediante la mejora genética de vacas, ovejas, cabras y cerdos. Así como en acuicultura en la mejora genética del bagre. Esto ha permitido un mayor desarrollo muscular (importante para la producción de carnes), producción de sustancias de interés; por ejemplo cabras modificadas para producir leche para tratar coagulopatías (tendencia al sangrado) y angioedema (inflamación sin dolor debajodel pie) (9, 10). Otra aplicación, es utilizarlo como herramienta para el control de plagas y enfermedades transmitidas por vectores, como el mosquito Anophelestransmisor de la malaria (enfermedad producida por un protozooariollamadoPlasmodiumfalciparum). Dicho control se basa principalmente en generar infertilidad en las hembras y así controlar el aumento exponencial de la población (10).

EN PLANTAS

CRISPR-Cas9 también permite la mejora de los cultivos, es decir, hacerlos más resistentes a enfermedades producidas por hongos, virus y bacterias, mejorar su rendimiento, mejorar su valor nutritivo y ayudar a la domesticación (9, 10). También, se espera que CRISPR-Cas9 pueda modificar genes en plantas medicinales, para aumentar el rendimiento de los fitocompuestos(compuestos químicos producidos por las plantas, por ejemplo terpenoides, cumarinas, taninos, flavonoides, entre otros) y beneficiar la salud humana (9).

REFERENCIAS

1. Tang, R., Xu, Z. 2020. Gene therapy: a double-edged sword with great powers. Mol Cell Biochem., 474: 73–81.https://doi.org/10.1007/s11010-020-03834-3

2. Smith, E., Blomberg, P. 2017. Genterapi– frånidétillverklighet- Ännuharfåpatienterbehandlatsochpreparatenäroftamycketdyra– menutvecklingengårfortun. Lakartidningen., 114.

https://lakartidningen.se/klinik-och-vetenskap-1/artiklar-1/klinisk-oversikt/2017/12/genterapi-fran-ide-till-verklighet/

3. Uddin, F., Rudin, C. M., & Sen, T. 2020. CRISPR Gene Therapy: Applications, Limitations, and Implications for the Future. Frontiers in oncology., 10: 1387. https://doi.org/10.3389/fonc.2020.01387

4. Manghwar, H., Lindsey, K., Zhang, X., & Jin, S. 2019. CRISPR/Cas System: Recent Advances and Future Prospects for Genome Editing. Trends in plant science., 24(12): 1102–1125. https://doi.org/10.1016/j.tplants.2019.09.006

5. Charlesworth, C. T., Deshpande, P. S., Dever, D. P., Camarena, J., Lemgart, V. T., Cromer, M. K., Vakulskas, C. A., Collingwood, M. A., Zhang, L., Bode, N. M., Behlke, M. A., Dejene, B., Cieniewicz, B., Romano, R., Lesch, B. J., Gomez, N., Mantri, S., Pavel, M., Weinberg, K. I., Porteus, M. H. 2019. Identificación de inmunidad adaptativa preexistente a las proteínas Cas9 en humanos. Nat Med., 25 (2): 249–254. https://doi.org/10.1038/s41591-018-0326-x

6. Lammoglia, M. F., Lozano, R., García, C. D., Avilez, C. M., Trejo, V., Muñoz, R. B., López, C. 2016. La revolución en ingeniería genética: sistema CRISPR/Cas. Investigación en Discapacidad., 5(2): 116–128. https://www.medigraphic.com/pdfs/invdis/ir-2016/ir162e.pdf

7. Gómez, L., Aznar, J. 2019. CRISPR-CAS9. El mayor avance en técnicas de edición genética requiere una reflexión ética. Cuadernos de Bioética., 30(99): 171–185. http://aebioetica.org/revistas/2019/30/99/171.pdf

8. Ibáñez, D. M, Mazzuoccolo, L. D., Rinflerch, A. R. 2021. CRISPR-Cas, el editor de genes. Hospital Italiano de Buenos Aires., 41(2): 37–42. https://www1.hospitalitaliano.org.ar/multimedia/archivos/noticias_attachs/47/documentos/121929_37-42-13-4-21-Ibanez-A.pdf

9.Tavakoli, K., Pour, A.,Kianersi, F.,Poczai, P.,Etminan, A.,Shooshtari, L. 2021. Applicationsof CRISPR-Cas9 as anAdvancedGenomeEditingSystemin LifeSciences. BioTech., 10(3): 14. https://doi.org/10.3390/biotech10030014

10. Herrera, B., Salgado, R., López, L., Reyes, C., Montiel, J., Martínez, F., Lucho, G., Barrales, H. 2021. Edición genómica con CRISPR/Cas9: Premio Nobel de Química 2020. Revista De Química., 35(1): 22–30. https://revistas.pucp.edu.pe/index.php/quimica/article/view/23324

11. Fariza, I. 2019. Genómica y seguridad. CRISPR/Cas9. Aplicaciones y amenazas de la edición génica. InstituoEspañol de Estudios Estratégicos. https://www.ieee.es/publicaciones-new/documentos-de-opinion/2019/DIEEEO70_2019ISRFAR_genomica.html

12. Janik, E.,Niemcewicz, M.,Ceremuga, M.,Krzowski, L.,Saluk, J.,Bijak, M. 2020. VariousAspectsof a Gene EditingSystem-CRISPR-Cas9. IntJ Mol Sci., 21(24): 9604. https://doi.org/10.3390/ijms21249604

13. Liu, C., Zhang, L., Liu, H.,Cheng, K. 2017. Deliverystrategiesof theCRISPR-Cas9 gene-editingsystemfortherapeuticapplications. J Control Release., 266: 17–26. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5723556/

14. You, L.,Tong, R., Li, M., Liu, Y.,Xue, J., Lu, Y. 2019. Advancementsand Obstaclesof CRISPR-Cas9 Technologyin TranslationalResearch. MolTherMethodsClin., 13: 359–370. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6447755/

15. Chen, M., Mao, A., Xu, M.,Weng, Q., Mao, J., Ji, J. 2019. CRISPR-Cas9 forcancertherapy: Opportunitiesand challenges. CancerLett., 447: 48–55. https://doi.org/10.1016/j.canlet.2019.01.017

Citaeste artículo como: Vilchez, William. 2022.Las bondades que nos brindan las tijeras genéticas CRISPR-Cas9. Revista Peruana de Divulgación Científica en Genética y Biología Molecular[en línea]. Lima: Editorial IGBM, 3(4): 19–24. ISSN: 2415–234X.

Disponible en: http://igbmgenetica.com/revista-rdgbm/

William Guillermo Vílchez Cruz

Sobre el autor: Estudiante del IX ciclo de la carrera profesional de Ciencias Biológicas de la Universidad Nacional Pedro Ruiz Gallo (UNPRG, Perú). Tengo mucho interés en las áreas de bioinformática, biotecnología y biología molecular. Actualmente, estoy desarrollando mi proyecto de tesis que está enfocado en la investigación de la inestabilidad de microsatélites en cáncer de cuello uterino.

Pertenezco al grupo de estudios llamado CENTRO DE ESTUDIOS GENÓMICOS DEL PERÚ (CEGENP), donde se realiza jornadas científicas semestrales o anuales, dirigida a estudiantes y docentes con la finalidad de promover la difusión científica.

LinkedIn: https://www.linkedin.com/in/william-guillermo-vilchez-cruz-01a65a203/

wvilchezc@unprg.edu.pe

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Realizamos investigación y divulgación científica en Genética y Biología Molecular https://linktr.ee/instituto.genetica.igbm

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