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INFORME. Todo lo que hay que saber sobre las técnicas de "Edición Genética"

 


Cada célula de su cuerpo tiene alrededor de 3 mil millones de pares de bases de código de ADN en su interior. Solo unos pequeños errores en este código podrían dejar a alguien con una enfermedad debilitante. Los investigadores ya han identificado errores de ADN como la causa de casi 7.000 enfermedadesAfortunadamente, el creciente mundo de la edición del genoma podría ser el "corrector ortográfico" necesario para detectar y eventualmente solucionar estos problemas. 

La edición del genoma a menudo se identifica con CRISPR / Cas9Sin embargo, el mundo de la edición del genoma es mucho más diverso y complejo y va mucho más allá de CRISPR, que es sólo la última de una larga lista de "herramientas" de edición. La ingeniería del genoma es un tipo de ingeniería genética en la que el ADN se inserta, elimina, modifica o reemplaza en el genoma de un organismo vivo.

Es una herramienta increíblemente poderosa con un tremendo potencial en el campo de la medicina. En su forma más simple, es una forma de realizar cambios específicos en el ADN de un organismo. Es similar a editar el código en un software de computadora. 

Hay una razón por la que hay mucho entusiasmo en torno a la edición de genes. La edición del genoma podría usarse para tratar enfermedades degenerativas importantes y corregir afecciones genéticas simples como la distrofia muscular. Es posible que algún día pronto se use para hacer crecer nuevos órganos humanos en cerdos, combatir la demanda constante de trasplantes de órganos y potencialmente cambiar la reproducción humana. Sí, estamos hablando de usarlo para diseñar poblaciones enteras.

Todavía estamos un poco lejos de la película Gattaca , o de Aldous Huxley Un mundo feliz . No obstante, la ingeniería genética del mundo real plantea algunas cuestiones éticas muy interesantes. En este artículo presentamos la historia de la edición del genoma, nuevos métodos como CRISPR, así como alternativas, y analizaremos algunas de las cuestiones éticas que actualmente plagan esta herramienta médica. 



¿En qué consiste la edición genética?

La edición del genoma o la edición genética, es un método relativamente nuevo que permite a los científicos cambiar el ADN de bacterias a animales. Estas "ediciones" podrían potencialmente conducir a cambios en rasgos físicos como el color de ojos o, lo que es más importante, a curar ciertas enfermedades. La edición del genoma ya se ha utilizado en agricultura para modificar cultivos a fin de mejorar sus rendimientos y aumentar su resistencia a enfermedades y sequías.

Hay muchos métodos y tecnologías diferentes que se utilizan para editar el ADN. No obstante, la mayoría de estas tecnologías generalmente actúan como las funciones de "cortar" y "pegar" en su ordenador, lo que permite a los científicos alterar el ADN en un lugar específico del genoma de un organismo. Aunque gran parte del entusiasmo en torno a la edición de genes se centra en su poder para diseñar humanos , la principal aplicación de la edición del genoma hasta ahora ha sido en plantas y algunos animales en entornos de laboratorio. 

¿Podemos corregir los "errores" genéticos?

Una vez que se dio cuenta en la década de 1940 que el ADN era responsable de la herencia, y una vez que se dilucidó la estructura de la molécula de ADN en la década de 1950, los  investigadores se dieron cuenta de que los errores en este código genético eran responsables de muchas enfermedades y condiciones hereditarias.

La pregunta que siguió fue obvia. ¿Podrían corregirse estos errores? Esta pregunta condujo al surgimiento de la ingeniería genética en la década de 1970, donde se introdujo un nuevo código genético en el ADN de los organismos. Sin embargo, esta tecnología no fue inicialmente capaz de insertar el nuevo material de una manera muy específica.

Recombinación homóloga

Un ejemplo temprano de dirigir genes a ciertos sitios dentro del genoma de un organismo utilizó recombinación homóloga. Este método implica la construcción de una especie de plantilla que coincidía con la secuencia del genoma objetivo y se basaba en los procesos celulares normales para insertar esta plantilla en la ubicación correcta. El método se utilizó con éxito para introducir modificaciones genéticas en ratones utilizando células madre embrionarias.

Orientación condicional

Otro de los primeros métodos utilizaba el direccionamiento condicional mediante enzimas denominadas  recombinasas específicas de sitio  (SSR). Estas técnicas pudieron eliminar o activar genes solo en ciertas células y, en última instancia, permitieron a los investigadores inducir la recombinación en ciertas condiciones, lo que permitió que los genes se eliminen o se expresen en momentos o etapas particulares de desarrollo.

Proceso de ingeniería genética

La clave para la edición del genoma es crear una ruptura de doble hebra  (DSB) en el genoma en un punto específico y eliminar la parte errónea del código genético. Luego, las enzimas se utilizan para reparar la ruptura, uniendo los extremos del ADN o para insertar las secuencias correctas que faltan en la ubicación correcta. Sin embargo, si bien ciertas enzimas son efectivas para cortar el ADN, generalmente cortan en varios sitios múltiples, lo que potencialmente elimina el ADN que los investigadores no quieren eliminar. Para superar este desafío, se han creado varios tipos de nucleasas (enzimas). Éstas se denominan nucleasas de dedos de zinc (ZFN), nucleasas efectoras activadoras de la transcripción ( TALEN ), meganucleasas y las repeticiones palindrómicas cortas agrupadas regularmente interespaciadas ( CRISPR / Cas9).

Meganucleasas

Las meganucleasas se descubrieron a finales de la década de 1980, pueden reconocer y cortar secuencias de ADN de entre 14 y 40 pares de bases. Sin embargo, puede ser difícil diseñar nucleasas que corten el ADN en el sitio exacto necesario. Recientemente, se ha creado una especie de biblioteca que ha permitido a los científicos crear más fácilmente meganucleasas que cortan en lugares específicos. Por ejemplo, ahora hay meganucleasas capaces de eliminar mutaciones en el gen XPC humano que causa  Xeroderma pigmentosum , un trastorno que predispone a los pacientes al cáncer de piel y quemaduras cuando se exponen a la luz ultravioleta.


Una mesa de nucleasas diseñadas. Los colores coincidentes significan patrones de reconocimiento de ADN. Fuente: Farzad Jamshidi / Wikimedia

Nucleasas de dedos de zinc

En la década de 1990, los científicos utilizaron nucleasas con dedos de zinc para mejorar las técnicas de edición de genes existentes. Estas proteínas sintéticas se utilizan para el direccionamiento de genes y están compuestas por dominios de endonucleasa de corte de ADN fusionados con dominios de dedos de zinc diseñados para unirse a una secuencia de ADN específica. Se pueden usar para agregar o eliminar sitios de corte en los genomas de las células. Aunque este método se ha mejorado drásticamente, la tasa de éxito sigue siendo solo del 10 por ciento. Más aún, este método de edición de genes es costoso y requiere mucho tiempo de diseño. 

Nucleasas efectoras de tipo activador de la transcripción (TALEN)

Las nucleasas efectoras de tipo activador de la transcripción (TALEN) comparten algunas similitudes con las nucleasas con dedos de zinc. Desarrollados en 2009, los TALEN están diseñados a partir de proteínas que se encuentran en la naturaleza y son capaces de unirse a secuencias de ADN específicas. Y aunque su efectividad y eficiencia son paralelas a las de ZFN, son mucho más fáciles de diseñar.

Repeticiones palindrómicas cortas agrupadas regularmente interespaciadas (CRISPR)

Si bien ZFN y TALEN ofrecen una edición del genoma eficaz, un inconveniente es que su desarrollo es lento y costoso. Y el proceso de ingeniería de proteínas es propenso a errores. CRISPR es tan revolucionario en el ámbito de la edición de genes porque ofrece a los científicos una forma más rápida y sencilla de editar el genoma, "con poco ensamblaje requerido". CRISPR / Cas9 ya estaba en el radar de los investigadores en la década de 1990, pero todo su potencial no se realizó hasta los últimos años.

CRISPR / Cas9 es una nueva y poderosa tecnología de edición de genes desarrollada por separado alrededor de 2012 por los científicos Feng Zhang, Jennifer Doudna y Emmanuelle Charpentier. CRISPR puede reconocer secuencias específicas del genoma y cortarlas a menudo utilizando la proteína Cas9.

La tecnología CRISPR se basa en un mecanismo de defensa que utilizan las bacterias para combatir los virus. Los virus atacan a las células utilizando la propia maquinaria de las células para crear réplicas de sí mismos. Finalmente, la célula estalla y las copias del virus se liberan en el organismo para infectar nuevas células. Sin embargo, las bacterias han desarrollado una forma de defenderse cortando el ADN del virus. Si una bacteria sobrevive a un ataque de virus, copia partes del ADN de ese virus y las incorpora a sus propios genomas. Estas copias se utilizan como fotografías policiales para permitir que las bacterias identifiquen virus dañinos.

Para realizar un seguimiento de esta colección de "fotografías policiales" y mantenerlas separadas del ADN de la propia bacteria, se colocan secuencias repetitivas de moléculas alrededor de cada secuencia que se tomó de un virus. Cuando una bacteria se enfrenta a un virus con una secuencia en su colección, la bacteria envía una enzima para cortar y destruir cualquier cosa que coincida con la foto genética. CRISPR permite a los científicos utilizar un enfoque similar, a menudo utilizando la proteína Cas9 para cortar y reemplazar secuencias de genes específicas.

La técnica CRISPR permite a los científicos alterar rápida y eficientemente casi cualquier gen en cualquier planta o animal a bajo costo. Los investigadores ya han usado la técnica para corregir enfermedades genéticas en animales, cultivar cultivos más resistentes a un clima determinado, alterar los órganos de los cerdos para facilitar el trasplante humano, esterilizar mosquitos para prevenir enfermedades y agregar masa muscular a los perros.

Los científicos también pueden usar CRISPR para crear plantillas de ARN cortas que coincidan con una secuencia específica en el genoma, lo que hace que el proceso de edición sea mucho más fácil, eficiente, económico y rápido. CRISPR se está utilizando actualmente para desarrollar tratamientos para el VIH, la distrofia muscular de Duchenne, algunos tipos de ceguera y la enfermedad de Lyme, solo por nombrar algunos. 

La edición de genes podría usarse para resolver una amplia gama de problemas si la tecnología alcanza la madurez 

Las  herramientas de edición de genes como CRISPR podrían dar a los científicos las claves del reino del ADN, permitiéndonos encontrar "errores moleculares" y eliminarlos. Estamos llegando a un punto en el que podemos investigar diferentes combinaciones de genes, controlar cuándo, dónde y cuánto se expresan e investigar los roles Comprender lo que hacen las secuencias de ADN es lo que nos permite resolver problemas en todos los campos de la biología, desde curar enfermedades humanas, cultivar suficientes alimentos saludables, descubrir y fabricar nuevos medicamentos, comprender por qué algunas especies se están extinguiendo.

Hay una serie de problemas frecuentes que podrían resolverse con la edición de genes

Los investigadores algún día podrían eliminar la malaria de los mosquitos. Los investigadores ya han creado mosquitos resistentes a la malaria mediante la eliminación de un segmento específico del ADN de los mosquitos. Las enfermedades neurodegenerativas como el Alzheimer y el Parkinson podrían convertirse en una cosa del pasado. Los científicos ya están trabajando en plataformas basadas en CRISPR para identificar los genes que controlan los procesos celulares que conducen a enfermedades neurodegenerativas. En 2017, los investigadores utilizaron CRISPR para detener la capacidad de replicación del virus del VIH, eliminando el virus del VIH de las células infectadas.

Desde la agricultura hasta la industria farmacéutica, la edición de genes podría algún día ayudarnos a construir un mundo mejor. 

En 2016, un paciente con cáncer de pulmón en China se convirtió en el primer ser humano en recibir una inyección de células que habían sido modificadas con CRISPR. Los investigadores utilizaron CRISPR para desactivar un gen utilizado por las células cancerosas para dividirse y multiplicarse. Sin el gen, los investigadores esperan que las células cancerosas no se multipliquen. 

¿Podrían eventualmente editarse los humanos? ¿Conduciría esto a una discriminación genética? 

Si y no. Los bebés de diseño parecen liderar la conversación cuando se habla de CRISPR. Preguntas éticas como: "¿Está bien utilizar la terapia genética en un embrión cuando es imposible obtener el permiso del embrión para el tratamiento?" o "¿Qué pasa si las terapias genéticas son demasiado caras y solo las personas adineradas pueden acceder y pagarlas?" radica en el centro de las preocupaciones de la mayoría de las personas.

¿Qué pasa si las personas usan estas herramientas para mejorar la capacidad atlética o la altura de un niño en lugar de usarlas para tratar enfermedades?

¿Conduciría esto a una discriminación genética? Aunque los investigadores todavía están navegando por los argumentos a favor y en contra, la edición de genes en humanos ya ha comenzado.

Estados Unidos, China y  el Reino Unido  han aprobado la edición de genes en humanos solo con fines de investigación. 

Todavía tenemos un largo camino antes de caminar con mutantes 

Incluso las herramientas populares de edición de genes como CRISPR todavía no son perfectas. En algunos casos, las herramientas de edición de genes hacen cortes en los lugares equivocados y los investigadores aún no están 100% seguros de cómo afectará eso a las personas. Abordar adecuadamente las preocupaciones éticas y garantizar la seguridad de la edición de genes siguen siendo dos montañas enormes que los científicos deben escalar antes de ver los tratamientos genómicos convencionales. 

En su libro, A Crack in Creation: The New Power to Control Evolution , Jennifer A. Doudas nos presenta una imagen de un mundo editado genéticamente, afirmando : "Tomates que pueden permanecer en la despensa madurando lentamente durante meses sin pudrirse. Plantas que pueden capear mejor el cambio climático. Mosquitos que no pueden transmitir la malaria. Perros ultramusculosos que son socios temibles para la policía y los soldados. Vacas a las que ya no les crecen los cuernos ". 

Lo cierto es que estos planteamientos pueden parecer exagerados, pero de hecho, ya existen y ya se practican gracias a la edición de genes. Y son solo el comienzo. Mientras escribo esto, el mundo que nos rodea está siendo revolucionado por CRISPR, ya sea que estás listo para ello o no.


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