El desarrollo de la biotecnología ha permitido numerosos avances en diferentes áreas como la medicina o la agricultura. Se han desarrollado numerosas técnicas que nos permiten cambiar parte del genoma de un ser vivo (bacteria, planta, animal, etc.) con el fin de mejorar, inhibir o modificar algunas de sus características, obteniendo así en función de las técnicas utilizadas un transgénico o un organismo editado genéticamente.
Es importante conocer la diferencia entre ambos conceptos ya que no significan lo mismo. Un organismo transgénico es aquel al que le hemos añadido un gen externo, por el contrario, un organismo editado genéticamente es aquel que ha sufrido un cambio en la secuencia genética, ya sea eliminando un gen o modificándolo, con el fin de que pueda inhibirse, aumentar su función o cambiar la función, pero en ningún momento añadimos genes externos.
Actualmente existen una gran variedad de técnicas de edición genética, pero las principales y más utilizadas son: CRISPR-Cas9, TALEN y ZFN. Se trata de técnicas que editan genes pero que no añaden genes externos, por lo que no obtendríamos un organismo transgénico.
El funcionamiento general de las siguientes técnicas de edición genética se basa en la ruptura de las dos hebras de ADN con su posterior reparación, momento en el cual se produce la edición genética deseada. El mecanismo y aplicación de cada una de ellas es el siguiente.
CRISPR-Cas9
Es una herramienta que permite la edición genómica de un sitio específico del ADN de células individuales u organismos complejos.
En el ADN bacteriano encontramos zonas concretas con secuencias repetidas denominadas “CRISPR”, entre las cuales hay ADN vírico. Este ADN vírico procede de infecciones pasadas en las cuales la bacteria guardó un fragmento de ADN del virus para poder reconocerlo en las próximas infecciones y poder defenderse contra el mismo.
Estas regiones de ADN se encuentran asociadas a unas proteínas denominadas “Cas”[1]. Por tanto, CRISPR-Cas9 consta de dos componentes básicos:
- El “Cas9”: es un enzima que actúa como “tijeras moleculares”, corta y pega desde bases de nucleótidos hasta fragmentos de ADN con absoluta precisión.
- El “CRISPR”: molécula de ARN que ejerce de guía del Cas9 conduciéndole exactamente hasta la base de nucleótidos que tiene que cortar.
Una vez la enzima se sitúa frente a la secuencia de ADN, puede cortar y pegar nucleótidos con una gran precisión. De esta forma podemos silenciar un gen que no nos interese o modificar otros.
Por tanto, cuando la bacteria es infectada por un virus, la forma de actuar es la siguiente:
La bacteria hace una copia del ADN vírico en ARN (1 cadena), este ARN producido lo arma junto a una proteína (Cas9), ese ARN va a guiar a Cas 9 para buscar una secuencia complementaria al ARN. Cuando el virus vuelva a entrar, su ADN será complementario al fragmento guardado por la bacteria ya que proviene del mismo virus, de esta forma podrán unirse y una vez producida la unión, Cas9 se activa y corta el ADN del virus evitando que infecte la célula.
¿Cómo aplicamos este mecanismo de defensa en la edición genética?
En primer lugar debemos saber que queremos editar y conocer la secuencia exacta. Una vez tengamos esta información realizamos los siguientes pasos:
- Construir una secuencia de ARN complementaria a esa secuencia de interés.
- Esta secuencia de ARN guiará a la proteína cas 9 hacia la secuencia complementaria (secuencia de interés donde queremos realizar la edición genética), uniéndose a ella y cas9 la cortará.
Una vez cortada la secuencia podemos contemplar dos escenarios:
- La célula puede intentar reparar ese error pero es propenso a errores produciendo una mutación en ese gen que lo deshabilita permitiendo eliminar genes específicos.
- Se puede modificar CRISPR para que nos permita editar el código, no solo cortando la cadena sino modificándola introduciendo la secuencia correcta del gen y sustituirla por aquella que estaba mal.
TALEN
Sistemas originalmente caracterizados por Xantomonas en donde las proteínas TALE se secretan cuando infectan una planta activando en ellas genes que ayudan a la patogénesis.
Se pueden generar secuencias personalizadas de TALEs para reconocer secuencias genómicas únicas. A estas secuencias les fusionamos la nucleasa Fokl para general el dímero funcional de corte [2].
DEDOS DE ZINC (Zinc Fingers, ZFN)
Esta técnica es similar a las dos anteriores, tenemos un complejo denominado “dedos de zinc” capaces de reconocer secciones del ADN y cortar la cadena con el fin de que esa cadena al repararse pueda silenciar el gen de interés o modificarlo.
Las nucleasas de dedos de zinc se componen de dos partes:
- Los dedos de zinc: Proteínas capaces de reconocer trinucleotidos de una secuencia especifica del ADN. Cada una de estas proteínas se unirá a una secuencia formada por tres nucleótidos. Se pueden manipular para dirigir su unión a una secuencia en particular.
- La nucleasa de Fokl: nucleasa procedente de una bacteria (Flavobacterium okeanokites) que ha sido modificada para generar un corte en la secuencia de ADN.
Los dedos de zinc, fusionados con la nucleasa Folk, trabajan juntos para cortar secuencias específicas (4).
Posteriormente, se puede producir una delección del ADN al repararlo o un ADN de donante puede servir como plantilla para formar ADN homologo a partir del mismo
APLICACIONES
Las aplicaciones de estas técnicas de edición genética son numerosas. De forma general, su función son es la de silenciar genes que no sean de interés o modificarlos. Entre las aplicaciones posibles, se encuentra la corrección de mutaciones genéticas, eliminar secuencias patógenas de ADN, insertar genes terapéuticos y activar o desactivar genes.
El ámbito de aplicación se extiende a numerosos sectores como el de la medicina, la agricultura, la industria alimentaria o ganadera, etc. CRISPR-Cas9 es la técnica más utilizada a día de hoy. Entre sus posibles aplicaciones encontramos la posible detección del coronavirus SARS-CoV-2, lo cual puede ser de gran utilidad en el momento en que vivimos.
Además, CRISPR puede resultar una herramienta fundamental en el campo de la industria alimentaria puesto que uno de los retos a los que se enfrenta la industria es poder dotar de alimento seguro y suficiente a toda la población que está en continuo crecimiento. Con esta herramienta conseguimos evitar pérdidas de cosechas por numerosas plagas haciendo a las plantas más resistentes a las mismas, así como conseguir un mayor volumen de alimentos en cada cosecha, lo cual reduciría el impacto ambiental de la agricultura debido a que en una misma superficie obtenemos mayor cantidad de alimentos necesitando, por tanto, menor extensiones de terreno destinadas al cultivo.
El medio ambiente es otro campo de interés hoy en día, y CRISPR también puede suponer una herramienta útil en este aspecto puesto que editando genéticamente algunas plantas podemos conseguir que sean capaces de crecer en terrenos más áridos o con menor cantidad de agua.
[1] Concepción-Hernández, M. (2018). CRISPR/Cas: aplicaciones y perspectivas para el mejoramiento genético de plantas. Biotecnología Vegetal, 18(3).
[2] Dr. Yuri Jorge Peña Ramírez. (2018). EDICIÓN DE GENOMAS CON NUCLEASAS SITIO-DIRIGIDAS. conacyt.gob.
