El uso de CRISPR para modificar genéticamente insectos como forma de combatir enfermedades o la devastación de cultivos podría ser más difícil de lo que se pensaba inicialmente, en parte debido a la variación genética dentro de las poblaciones de insectos.
La investigación, publicada en la revista Science Advances, combina análisis genéticos y estadísticos avanzados para mostrar cómo ciertas características genéticas y conductuales de los insectos portadores de enfermedades, como los mosquitos, hacen que estas especies sean resistentes a la manipulación genética.
Esta resistencia podría complicar los intentos de usar CRISPR-Cas9 para combatir la malaria o plagas de cultivos como el gusano de la raíz del maíz occidental, una especie invasora que cuesta a Estados Unidos alrededor de 1.000 millones de dólares en pérdidas de cosechas cada año.
El descubrimiento del sistema CRISPR-Cas9 —o simplemente «CRISPR»— a principios de la década de 2010 introdujo un nivel de precisión sin precedentes en la edición genética. Los científicos pueden usar este método para diseñar «tijeras» genéticas de gran precisión que cortan y reemplazan partes específicas del genoma por secuencias de su elección. Dos científicos ingleses fueron los primeros en demostrar, a finales de 2015, que el método podía propagar la infertilidad entre mosquitos portadores de enfermedades.
«Descubrimos que la pequeña variación genética dentro de las especies —así como la tendencia de muchos insectos a la endogamia— puede afectar seriamente la eficacia de los intentos de reducir su número mediante la tecnología CRISPR», afirma Michael J. Wade, profesor de biología en la Universidad de Indiana, Bloomington. «Aunque son poco frecuentes, estas variantes genéticas naturales resistentes a CRISPR bastan para frenar los intentos de controlar las poblaciones mediante tecnología genética y hacer que las poblaciones silvestres vuelvan rápidamente a sus cifras anteriores, “previas a CRISPR”».
Esto significa que los esfuerzos costosos y lentos para introducir genes capaces de controlar las poblaciones de insectos —como un rasgo que haga que las hembras de mosquito pongan menos huevos— desaparecerían en unos pocos meses. Esto se debe a que los mosquitos machos —utilizados para transmitir nuevos genes porque no pican— viven apenas unos 10 días.
Wade añade que el efecto protector de la variación genética natural es lo bastante fuerte como para contrarrestar el uso de «impulsores genéticos» basados en la tecnología CRISPR, a menos que el impulsor genético se adapte al trasfondo genético de una población objetivo específica. Los impulsores genéticos son genes que se propagan a una tasa cercana al 90 %, muy superior a la probabilidad normal del 50 % de herencia que se da en organismos con reproducción sexual.
Wade, experto en «genes egoístas» que funcionan de forma similar a los impulsores genéticos debido a su capacidad «superdarwiniana» de propagarse rápidamente por una población, se unió a sus colegas para estudiar la eficacia del control poblacional basado en CRISPR en escarabajos de la harina, una especie que, según las estimaciones, destruye el 20 % del grano mundial después de la cosecha.
El equipo diseñó intervenciones basadas en CRISPR que apuntaban a tres segmentos del genoma del escarabajo de la harina de cuatro lugares del mundo: India, España, Perú e Indiana. Después analizó el ADN de las cuatro variedades de escarabajo y encontró variantes naturales en la secuencia genética objetivo, cuya presencia afectaría la eficacia de la tecnología basada en CRISPR.
El análisis reveló variación genética en las cuatro variedades en casi todos los segmentos de ADN analizados, con una tasa de variación de hasta el 28 % en los escarabajos peruanos. En particular, el análisis estadístico de Wade determinó que una tasa de variación genética de apenas el 1 %, combinada con una tasa de endogamia típica de los mosquitos silvestres, bastaba para eliminar cualquier método de control poblacional basado en CRISPR en seis generaciones.
Los resultados indican que debe realizarse un análisis minucioso de la variación genética de la población objetivo antes de intentar controlar insectos portadores de enfermedades mediante la tecnología CRISPR. También indican que es muy improbable que los genes modificados se propaguen involuntariamente por el mundo, ya que los niveles típicos de variación genética crean una barrera natural a la propagación entre regiones o especies.
«A partir de este estudio, cualquiera que intente reducir las poblaciones de insectos mediante este método debería realizar un análisis genético exhaustivo de la región del gen objetivo para evaluar las tasas de variación», afirma Wade. «Esto ayudará a predecir la eficacia del método y también permitirá conocer formas de sortear la variación genética natural mediante el uso de variantes de Cas9 con una especificidad de secuencia alterada».
Este estudio contó en parte con el apoyo de los Institutos Nacionales de Salud y la Fundación Nacional de Ciencias.
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