Un equipo que incluye al científico que por primera vez aprovechó el sistema CRISPR-Cas9 para la edición del genoma de mamíferos ha identificado ahora un sistema CRISPR diferente, con potencial para una ingeniería genómica aún más sencilla y precisa.
En un estudio publicado hoy en Cell, Feng Zhang y sus colegas del Instituto Broad del MIT y Harvard y del Instituto McGovern de Investigación del Cerebro del MIT, con los coautores Eugene Koonin, de los Institutos Nacionales de Salud; Aviv Regev, del Instituto Broad y del Departamento de Biología del MIT; y John van der Oost, de la Universidad de Wageningen, describen las características biológicas inesperadas de este nuevo sistema y demuestran que puede diseñarse para editar los genomas de células humanas.
“Esto tiene un enorme potencial para avanzar en la ingeniería genética”, afirma Eric Lander, director del Instituto Broad. “El artículo no solo revela la función de un sistema CRISPR previamente no caracterizado, sino que también demuestra que Cpf1 puede aprovecharse para la edición del genoma humano y posee características notables y poderosas. El sistema Cpf1 representa una nueva generación de tecnología de edición genómica.”
Las secuencias CRISPR se describieron por primera vez en 1987, y su función biológica natural se describió inicialmente en 2010 y 2011. La aplicación del sistema CRISPR-Cas9 para la edición del genoma de mamíferos se informó por primera vez en 2013, por Zhang y, por separado, por George Church, de la Universidad de Harvard.
En el nuevo estudio, Zhang y sus colaboradores examinaron cientos de sistemas CRISPR en distintos tipos de bacterias, en busca de enzimas con propiedades útiles que pudieran diseñarse para su uso en células humanas. Dos candidatas prometedoras fueron las enzimas Cpf1 de las especies bacterianas Acidaminococcus y Lachnospiraceae, las cuales, según demostraron Zhang y sus colegas, pueden dirigirse a loci genómicos en células humanas.
“Nos entusiasmó descubrir enzimas CRISPR completamente diferentes que pueden aprovecharse para avanzar en la investigación y en la salud humana”, afirma Zhang, profesor W.M. Keck de Ingeniería Biomédica en el Departamento de Ciencias Cerebrales y Cognitivas del MIT.
El sistema Cpf1 recién descrito difiere en varios aspectos importantes del Cas9 descrito previamente, con implicaciones significativas para la investigación y las terapias, así como para los negocios y la propiedad intelectual:
Primero: en su forma natural, la enzima de corte del ADN Cas9 forma un complejo con dos ARN pequeños, ambos necesarios para la actividad de corte. El sistema Cpf1 es más sencillo, ya que requiere un único ARN. La enzima Cpf1 también es más pequeña que la SpCas9 estándar, lo que facilita su administración en células y tejidos.
Segundo, y quizá lo más significativo: Cpf1 corta el ADN de una manera diferente a Cas9. Cuando el complejo Cas9 corta el ADN, corta ambas hebras en el mismo punto, dejando “extremos romos” que a menudo sufren mutaciones al volver a unirse. Con el complejo Cpf1, los cortes en las dos hebras están desplazados, lo que deja pequeños extremos salientes en los extremos expuestos. Se espera que esto ayude a la inserción precisa, permitiendo a los investigadores integrar un fragmento de ADN de forma más eficiente y exacta.
Tercero: Cpf1 corta muy lejos del sitio de reconocimiento, lo que significa que, incluso si el gen objetivo sufre una mutación en el punto de corte, probablemente aún pueda volver a cortarse, lo que ofrece múltiples oportunidades para que se produzca una edición correcta.
Cuarto: el sistema Cpf1 ofrece una nueva flexibilidad a la hora de elegir los sitios objetivo. Al igual que Cas9, el complejo Cpf1 debe unirse primero a una secuencia corta conocida como PAM, y los objetivos deben elegirse de forma que estén junto a secuencias PAM de origen natural. El complejo Cpf1 reconoce secuencias PAM muy diferentes de las de Cas9. Esto podría ser una ventaja para dirigirse a algunos genomas, como el del parásito de la malaria, así como el de los seres humanos.
“Las propiedades inesperadas de Cpf1 y la edición más precisa abren la puerta a todo tipo de aplicaciones, incluida la investigación del cáncer”, afirma Levi Garraway, miembro del Instituto Broad y director inaugural del Joint Center for Cancer Precision Medicine del Dana-Farber Cancer Institute, el Brigham and Women’s Hospital y el Instituto Broad. Garraway no participó en la investigación.
Un enfoque abierto para impulsar la investigación
Zhang, junto con el Instituto Broad y el MIT, planea compartir ampliamente el sistema Cpf1. Al igual que con las herramientas Cas9 anteriores, estos grupos pondrán esta tecnología a disposición de forma gratuita para la investigación académica a través de la página del laboratorio Zhang en el sitio web de intercambio de plásmidos Addgene, a través del cual el laboratorio Zhang ya ha compartido reactivos de Cas9 más de 23.000 veces con investigadores de todo el mundo para acelerar la investigación. El laboratorio Zhang también ofrece herramientas y recursos en línea gratuitos para investigadores a través de su sitio web.
El Instituto Broad y el MIT planean ofrecer licencias no exclusivas que permitan a los proveedores comerciales de herramientas y servicios incorporar esta enzima a sus flujos de trabajo CRISPR y servicios, lo que garantiza aún más la disponibilidad de esta nueva enzima para impulsar la investigación. Estos grupos planean ofrecer licencias que respalden mejor un desarrollo rápido y seguro para usos terapéuticos adecuados e importantes.
“Nos comprometemos a hacer que la tecnología CRISPR-Cpf1 sea ampliamente accesible”, afirma Zhang. “Nuestro objetivo es desarrollar herramientas que puedan acelerar la investigación y, en última instancia, dar lugar a nuevas aplicaciones terapéuticas. Vemos mucho más por venir, incluso más allá de Cpf1 y Cas9, con otras enzimas que podrían reutilizarse para nuevos avances en la edición genómica.”
Este artículo se publica en colaboración con MIT News. La publicación no implica el respaldo de las opiniones por parte del Foro Económico Mundial.
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Autor: Sarah McDonnell escribe para MIT News.
Imagen: Una doble hélice de ADN se ve en una ilustración artística sin fecha. REUTERS/National Human Genome Research Institute/Handout
