Pandemia y edición genética

¿Cómo están empleando los científicos la técnica CRISPR/Cas para abordar la pandemia?

La capacidad de emplear el sistema CRISPR Cas como herramienta de modificación genética es quizás una de los mayores logros del avance biotecnológico de los últimos años. De ahí que su uso médico genere tanta expectativa y se le considere, junto a la inteligencia artificial y la computación cuántica, uno de los pilares para el conjunto de cambios sociales conocidos como Cuarta Revolución Industrial. 

En los últimos meses el planeta entero ha sido víctima de una pandemia que ha puesto en alerta a todos los gobiernos y que se ha tornado el nuevo reto de la biotecnología. Hallar un tratamiento eficiente y una vacuna para el SARS-CoV-2 son las consignas que movilizan a gran parte de la comunidad científica. Este escenario nos sitúa ante la pregunta ¿Cómo está apoyando el CRISPR/Cas en esta pandemia? Antes de responder esa pregunta veamos primero qué es exactamente el sistema CRISPR/Cas.

¿Qué es el CRIPSR/Cas?

La técnica de edición genética a través del sistema CRISPR/Cas consiste en la programación del sistema molecular CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) para señalar regiones específicas de ADN y “cortar” las secuencias elegidas.

El CRISPR es un locus o secuencia de genoma que fue hallado en organismos unicelulares y desempeñaba la función de sistema inmunológico frente a infecciones virales. El sistema está compuesto por las secuencias CRISPR y un complejo proteico del tipo cas que se encargan de realizar el corte de la región genética objetivo.

Esta técnica es conocida principalmente por el uso de proteínas Cas9 para redirigir el sistema CRISPR a un punto específico de ADN y realizar una especie de corte molecular. Gracias al CRISPR/Cas9 es posible editar el genoma objetivo e insertar nuevas secuencias de ADN o simplemente eliminar una porción de esta. Debido a sus capacidades, la tecnología CRISPR/Cas promete el desarrollo de un gran número de nuevos tratamientos para afecciones de origen genético y diversas herramientas biotecnológicas.

Lo curioso de este sistema es que no solo existe la variedad Cas9, sino que el CRISPR puede ser complementado con otro tipo de proteínas. Es gracias a esta característica que 2 variedades del CRISPR han podido emplearse para tratar o diagnosticar al covid-19: el CRISPR/Cas13 y el CRISPR/Cas12. Ahora podemos explicar de qué van ambas y cómo nos sirven en esta pandemia. 

CRISPR/Cas13

El año 2015, un estudio dirigido por Sergey Shmakov y Omar Abudayyeh describió por primera vez 3 sistemas nuevos de CRISPR/Cas de Clase 2: C2c1, C2c2 y C2c3. El sistema C2c2 era un sistema CRISPR capaz de afectar el ARN que, a diferencia del C2c1, demostró independencia de acción, pues no requirió de un trans-activador CRISPR ARN, molécula intermediaria, para cumplir su labor.

Años más tarde, el 2017, Abudayyeh y Gootenberg lograron emplear el sistema CRISPR clase 2 tipo VI C2c2, ahora conocido como CRISPR/Cas13, como un mecanismo de diagnóstico para la detección de ADN o ARN. Gracias a la programación de la enzima Cas 13 y su compatibilidad con el ARN, el mecanismo fue empleado para detectar diferentes cepas de virus del Dengue y Zika, bacterias patógenas y mutaciones tumorales. El sistema fue llamado SHERLOCK (Specific High Sensitivity Enzymatic Reporter UnLOCKing) y es una paltaforma de detección de ácidos nucleicos basado en el sistema CRISPR/Cas13.

Ahora, el equipo ha publicado un pre-print en el que ofrecen posibles ensayos para la detección del SARS-CoV-2 haciendo uso de la tecnología CRISPR/Cas13. Como parte del estudio los científicos desarrollaron un modelo de machine learning denominado ADAPT con el que fue posible diseñar 67 ensayos para identificar diferentes especies de coronavirus. De aquellos ensayos, el equipo centró su atención en 4 ensayos diseñados para usar el sistema SHERLOCK, uno de los cuales demostró ser capaz de detectar 10 copias de ARN de SARS-CoV-2 sintéticos por microlitro tanto en pruebas de flujo lateral como fluorescente.

Los científicos Feng Zhang, Omar O. Abudayyeh y Jonathan S. Gootenberg del McGovern Institute for Brain Research del MIT han publicado un protocolo en el que se especifica el correcto uso del sistema CRISPR/Cas13 SHERLOCK en la detección del SARS-CoV-2. El protocolo no ha sido probado con muestras de pacientes infectados aún, pero ha servido para la detección de concentraciones de ARN viral sintético. El protocolo consta de 3 pasos y el proceso de detección del SARS-CoV-2 demoraría cerca de una hora.

Otra herramienta a disposición es la plataforma de detección múltiple y en simultáneo de patógenos CARMEN-Cas13. Esta herramienta ha sido descrita en la revista Nature y funciona gracias al análisis multiplexado que permite la combinación de la tecnología microfluídica auto-organizada y la detección basada en el sistema CRISPR. De acuerdo al estudio, la herramienta ha sido capaz de detectar la presencia del SARS-CoV-2.

CRISPR/Cas12

El año 2015 un equipo en el que participaron Abudayyeh, Gootenberg y Zhang reportaron las características de un sistema CRISPR clase 2 tipo V llamado Cpf1. Este sistema consiste de una endonucleasa guiada por ARN con características distintas al sistema Cas9 tales como la capacidad de ser procesada sin necesidad de una molécula adicional para actuar y la posibilidad de adherirse eficientemente al ADN objetivo gracias a su pequeño tamaño.

Posteriormente este sistema fue conocido como CRISPR/Cas12 y se descubrió un amplio árbol filogenético que incluía las variedades Cas12a hasta Cas12i en tres familias diferenciadas. La variedad Cas12g fue la de menor tamaño y la Cas12, por su composición bioquímica singular, se mostró con gran potencial para terapias de edición genética.

Hace unas semanas, un equipo de científicos publicó en la revista Nature Biotechnology el desarrollo de un sistema de detección para el SARS-CoV-2 basado en la tecnología CRISPR/Cas12 llamado SARS-CoV-2 DETECTR (DNA Endonuclease-Targeted CRISPR Trans Reporter). El método consiste primero en realizar transcripciones inversas de ARN del virus en simultáneo, es decir generar ADN a partir del ARN extraído de muestras nasales u orales del paciente. Luego se procede a aplicar el sistema CRISPR/Cas12 en la muestra para detectar si la molécula Cas12, la cual ha sido programada para detectar los genes E (envoltura) y N (nucleoproteínas) del coronavirus, se ha adherido al ADN de la muestra. De adherirse el sistema confirmaría la presencia del virus.

Tal cual se ha descrito, la ingeniería genética también está presente entre los esfuerzos contra la pandemia. Si bien el CRISPR/Cas es un mecanismo tecnológico en desarrollo, los avances en sus distintas variedades y las posibles soluciones contra el SARS-CoV-2 que de ellos se derivan, nos recuerdan la importancia de que se profundice en sus estudios.  Sobre todo porque sus bondades podrían ayudarnos a futuro a lidiar con otros posibles brotes de coronavirus o patógenos en general. Queda seguir a la espera de nuevos resultados.

 

Piero Gayozzo 

Piero Gayozzo es Colaborador Especializado del Club N+1 para la Popularización de la Ciencia. Fundó y actualmente es Sub-Director del Instituto de Extrapolítica y Transhumanismo (IET). Escribe sobre la Cuarta Revolución Industrial para el IET y es investigador autodidacta de filosofía de la ciencia y de la tecnología. Llevó estudios de ingeniería industrial en la Universidad de Lima. 

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