Los investigadores han demostrado la excepcional especificidad de una nueva forma de activar o desactivar secuencias del genoma humano sin editar el código genético subyacente.
Descubierto originalmente como un sistema antiviral en bacterias, CRISPR/Cas9 es hoy uno de los temas más candentes de la investigación genética. Mediante la ingeniería de una versión de ese sistema, los investigadores pueden tanto editar secuencias de ADN como controlar qué genes se utilizan.
Sin embargo, estudios previos demostraron que la edición de secuencias de ADN humano con este sistema no siempre es tan precisa como los investigadores desearían. Esos resultados suscitaron preocupación sobre el uso de la tecnología CRISPR en el estudio de enfermedades humanas.
Como posible solución, algunos investigadores dotaron al sistema de mayor versatilidad al utilizar CRISPR para dirigirse a porciones de ADN que controlan qué genes están activos. Pero, en lugar de emplear la herramienta de corte genético Cas9, que se usa con frecuencia, inactivaron su función de corte y acoplaron proteínas que controlan el empaquetamiento del genoma. Al desenrollar o agrupar firmemente estas regiones del genoma, pudieron activarlas y desactivarlas de forma eficaz.
Aunque se había demostrado que la técnica funcionaba bien, no se había investigado si tenía efectos fuera de objetivo. Ahora, un equipo de investigadores de la Universidad de Duke ha demostrado que estos métodos de control génico son capaces del alto grado de precisión que requieren la ciencia básica y la investigación médica.
El estudio se publicó en línea el 26 de octubre de 2015 en Nature Methods.
“La principal ventaja de CRISPR frente a las tecnologías anteriores es la capacidad de utilizar un bisturí genético en lugar de un mazo”, afirmó Charles Gersbach, profesor asociado de ingeniería biomédica en la Universidad de Duke. “Muchos laboratorios de todo el mundo utilizan estas herramientas partiendo de la premisa de que obtienen efectos específicos, pero no se había realizado un análisis exhaustivo que lo demostrara. Estos experimentos muestran una especificidad excepcional, lo que demuestra que la tecnología es capaz de dirigirse a secuencias únicas del genoma.”
La capacidad de controlar los interruptores del genoma sería especialmente importante para estudiar y, potencialmente, tratar enfermedades humanas como el cáncer, las enfermedades cardiovasculares, las afecciones neurodegenerativas y la diabetes, que pueden estar causadas por mutaciones en regiones reguladoras del genoma. La esperanza es que anular uno de estos interruptores permita descubrir y corregir las causas profundas de muchas enfermedades. También podría ayudar a los investigadores a comprender y modificar la forma en que distintas personas responden a los fármacos.
Pero solo si la técnica CRISPR es lo bastante específica.
Poco después de que se describiera por primera vez la edición de genes humanos con CRISPR, varios artículos revelaron que la técnica puede tener, en ocasiones, efectos fuera de objetivo. Esto supone problemas para los tratamientos de terapia génica y los proyectos de ciencia fundamental, en los que los investigadores desean alterar la función de genes específicos sin provocar efectos secundarios no deseados
Se desarrolló una estrategia alternativa para activar y desactivar las regiones genómicas que controlan cuándo se usan los genes, sin modificar en absoluto la secuencia de ADN. En algunos casos, estos interruptores pueden controlar varios genes relacionados a la vez, lo que permite a los investigadores tocar acordes en lugar de notas individuales.
“Estudiar la especificidad de estas herramientas es técnicamente muy complejo”, afirmó Timothy Reddy, profesor adjunto de bioestadística y bioinformática en Duke. “Detectar un cambio en la secuencia o en la actividad génica es relativamente sencillo si se centra en una zona concreta del genoma. Pero analizar cómo la desactivación de un interruptor potenciador afecta a la actividad y a la estructura de todo el genoma requiere técnicas más especializadas.”
Gersbach recurrió a Reddy y a su colega Gregory Crawford, quienes trabajan juntos en laboratorios y despachos contiguos en el Centro de Biología Genómica y Computacional de Duke, para recibir ayuda con estas técnicas más especializadas.
Reddy ha dedicado su carrera a investigar cómo funcionan los interruptores genéticos en todo el genoma humano, en qué se diferencian esos interruptores entre individuos y las implicaciones de estos hallazgos para los rasgos humanos y las enfermedades. Crawford, profesor asociado de pediatría, ha dedicado más de una década a desarrollar técnicas para identificar las regiones reguladoras del genoma y su variación entre tipos celulares, durante el desarrollo o en respuesta a tratamientos farmacológicos.
“Los métodos actuales para controlar los interruptores genéticos, incluidos los fármacos utilizados en ensayos clínicos, modifican simultáneamente la actividad de muchos interruptores en todo el genoma, lo que genera miles de efectos no deseados”, afirmó Crawford. “Lo que se necesita con urgencia es una tecnología que permita manipular un elemento a la vez.”
Correspondió a Pratiksha Thakore, estudiante de doctorado en el laboratorio de Gersbach, integrar la experiencia de los tres laboratorios para estudiar la especificidad de CRISPR en el control de estos interruptores. Aunque los resultados no pueden demostrar que todos los experimentos vayan a tener el mismo nivel de precisión, sí ofrecen un modelo para que los investigadores evalúen estos efectos.
“Al integrar la genómica y la ingeniería genómica, hemos desarrollado un método para analizar de forma exhaustiva el funcionamiento de este sistema de silenciamiento genético y también hemos sugerido formas de utilizar la tecnología en el futuro”, afirmó Thakore. “También aprendimos algunas cosas nuevas sobre la regulación génica y, en este contexto, resultó que CRISPR puede alcanzar un nivel de especificidad mucho mayor del que esperábamos.”
Este artículo se publica en colaboración con Duke. La publicación no implica que el Foro Económico Mundial respalde las opiniones expresadas.
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Autor: Ken Kingery escribe para Duke.
Imagen: REUTERS
