Aunque suene a robot de Star Wars, la técnica conocida como CRISPR/Cas9, o simplemente CRISPR ha revolucionado en muchos aspectos la forma de investigar el ADN, no solo en el campo de la oncología, sino en todo tipo de estudios de biología molecular. Vamos a ir viendo paso a paso en que consiste esta no tan novedosa tecnología.
¡Eso es lo que siempre intentamos en el blog!
El descubrimiento de las secuencias CRISPR
Toda esta revolución comenzó ni más ni menos que en Alicante, donde el entonces estudiante de doctorado, Francisco Mojica, descubrió una serie de secuencias de ADN repetidas en el genoma de una bacteria que además estaban separadas por espacios regulares. Las bacterias, al igual que las células humanas, tienen ADN en su interior que al ser decodificado les permite realizar sus funciones vitales. Inicialmente el Dr. Mojica le dio un nombre distinto a esta serie de secuencias, pero más adelante, junto a otros investigadores, acordaron en llamarlas secuencias CRISPR, leído "crisper", del inglés Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats. En español lo podríamos traducir cómo Repeticiones Palindrómicas Cortas Agrupadas y Regularmente Espaciadas.
Al principio, el Dr. Mojica no sabía muy bien que significaban estas secuencias repetidas y si tenían alguna función que desempeñar en la vida de la bacteria. No obstante, él estaba convencido de que algún cometido debían de tener puesto que el tamaño del ADN de las bacterias es mucho más pequeño que el de las células humanas y no se pueden permitir el lujo de almacenar información (ADN) que no sea útil; las pequeñas desventajas de ser uno de los seres vivos más ancestrales en la evolución...
El descubrimiento clave ocurrió cuando observó que parte de esas secuencias eran idénticas a las de virus que infectaban con frecuencia a estas bacterias. Y es que de manera fascinante, las bacterias cuando son infectadas por estos virus, se guardan un pedacito de ADN de los virus en su propio genoma para así poder reconocerlos si vuelven a atacarlos e intentar prevenirlo. Esto es algo que ocurrió durante la evolución de estas bacterias de manera que esta información se ha ido transmitiendo durante generaciones.
El descubrimiento clave ocurrió cuando observó que parte de esas secuencias eran idénticas a las de virus que infectaban con frecuencia a estas bacterias. Y es que de manera fascinante, las bacterias cuando son infectadas por estos virus, se guardan un pedacito de ADN de los virus en su propio genoma para así poder reconocerlos si vuelven a atacarlos e intentar prevenirlo. Esto es algo que ocurrió durante la evolución de estas bacterias de manera que esta información se ha ido transmitiendo durante generaciones.
Para que lo entendamos, si un tipo cena un restaurante y se va sin pagar, el dueño del restaurante mirará las cámaras de seguridad y colgará una foto de ese tipo en una de las paredes. Si el tipo vuelve a aparecer por allí, el dueño le reconocerá y estará prevenido, aquel hombre no es bienvenido en el restaurante. En esta analogía gastronómica, el restaurante sería la bacteria y el tipo del "sinpa" el virus.
Aunque os claven, nunca hagáis un "sinpa"
¿Cómo previene entonces la bacteria que el virus le infecte? A base de tijeretazos ni más ni menos. La bacteria dispone de unas "tijeras moleculares" que es la famosa proteína conocida como Cas9, estudiada por otras dos grandes investigadoras de la tecnología: Jennifer Doudna y Emmanuelle Charpentier. Esta proteína es capaz de cortar el ADN en pedazos de forma que este no pueda ser interpretado.
Es como cortar una hoja de instrucciones por la mitad. Si no tienes la información completa, las instrucciones son inútiles. Pues bien, la bacteria, que hábilmente se guardó un trocito de ADN del virus generaciones atrás, usa esa información para guiar a las tijeras al lugar exacto donde tienen que cortar. Al tener ese trocito en su genoma, identifica cuando un virus introduce su ADN en la bacteria y envía a la Cas9 a cortarlo para evitar la infección. No es más que un sistema inmune bacteriano que en el que en lugar de anticuerpos que reconocen patógenos, tenemos una proteína que es guiada para cortar en dos el ADN del virus.
Es como cortar una hoja de instrucciones por la mitad. Si no tienes la información completa, las instrucciones son inútiles. Pues bien, la bacteria, que hábilmente se guardó un trocito de ADN del virus generaciones atrás, usa esa información para guiar a las tijeras al lugar exacto donde tienen que cortar. Al tener ese trocito en su genoma, identifica cuando un virus introduce su ADN en la bacteria y envía a la Cas9 a cortarlo para evitar la infección. No es más que un sistema inmune bacteriano que en el que en lugar de anticuerpos que reconocen patógenos, tenemos una proteína que es guiada para cortar en dos el ADN del virus.
Imaginemos que el tipo del "sinpa" entra junto a un grupo de 20 personas. El dueño del restaurante puede identificar al malhechor puesto se guardo la foto anteriormente y enviar a su camarero más corpulento, el Sr. Cas9, a echarle a patadas del local, en el que obviamente no es bienvenido. Al disponer de la foto del tipo del "sinpa" le es muy fácil identificarlo entre todas las personas del local.
Nadie se las quiere ver con el Sr. Cas9
CRISPR/Cas9 como herramienta de edición genómica
¿Cómo llega un sistema de defensa bacteriano a convertirse en una herramienta revolucionaria para la edición del ADN del resto de seres vivos? Durante generaciones, los investigadores han sabido aprovechar mecanismos de bacterias, sacarlos fuera de estas y poder utilizarlos en otros contextos. Recordemos que toda la información para realizar las funciones biológicas esta inscrita en el ADN, el cual conocemos casi a la perfección hoy en día y esta compuesto por las cuatro bases elementales: Adenina, Guanina, Timina y Citosina. Recordemos también que las organización de estas cuatro bases en secuencias forma el ADN de todos los seres vivos: virus, bacterias, plantas, animales, etc.
Cómo acabamos de ver, la Cas9 realiza cortes en la secuencia de ADN de los virus guiados por una pequeña secuencia que se guardaron las bacterias. Seguro que más de uno ya imagina como se puede usar este sistema para modificar el genoma de las células humanas... La Cas9 lleva siempre asociada una secuencia guía de ARN (ver esta entrada para recordar el paso de ADN > ARN > Proteina) que la llevará al sitio de corte que coincida con esa secuencia. Si expresamos la Cas9 dentro de una célula humana y le damos un fragmento, un ARN guía con una secuencia que se encuentre en el genoma de esa célula, al igual que ocurre en la bacteria, la Cas9 buscará esa secuencia y realizará el corte en el genoma.
Cómo acabamos de ver, la Cas9 realiza cortes en la secuencia de ADN de los virus guiados por una pequeña secuencia que se guardaron las bacterias. Seguro que más de uno ya imagina como se puede usar este sistema para modificar el genoma de las células humanas... La Cas9 lleva siempre asociada una secuencia guía de ARN (ver esta entrada para recordar el paso de ADN > ARN > Proteina) que la llevará al sitio de corte que coincida con esa secuencia. Si expresamos la Cas9 dentro de una célula humana y le damos un fragmento, un ARN guía con una secuencia que se encuentre en el genoma de esa célula, al igual que ocurre en la bacteria, la Cas9 buscará esa secuencia y realizará el corte en el genoma.
Veámoslo con otro ejemplo. El ADN de un virus es diminuto comparado con el de una célula humana. Si hablamos en términos de escritura, el ADN del virus sería un pequeño párrafo mientras que el ADN humano sería un libro de 1000 páginas. Imaginemos que tenemos ese párrafo en Microsoft Word y que queremos borrar la palabra "Ave", por ejemplo. Usando "Control+F", la herramienta para buscar texto, encontramos esa secuencia de letras, la identificamos rápidamente y enviamos nuestra Cas9, la tecla "suprimir" y nos cargamos esa palabra. El buscador de Word identifica una secuencia de letras y la tecla suprimir las elimina. No hay razón para que tales herramientas no funcionen en un libro de mil páginas igualmente. Si abrimos nuestro libro de mil páginas en Word, y buscamos la palabra "Eva" por ejemplo, de la misma forma podemos encontrarla y eliminarla fácilmente.
El "Control+F" es siempre tu amigo al usar Word
De modo que para que la técnica de CRISPR/Cas9 funcione en una célula humana tan solo tenemos que proporcionar a la tijera molecular Cas9 una secuencia propia del ADN del ser humano para que la identifique y la corte. Los investigadores han sabido aprovechar esta tecnología para editar de una manera sencilla y dirigida el ADN de las células. Y esto se aplica tanto en cultivos vegetales como en mamíferos hoy en día. En una futura entrada veremos porque este sistema puede ser muy útil para la investigación del cáncer. ¿Por que querríamos cortar el ADN de una célula tumoral si lo que queremos es precisamente repararlo, ya que se encuentra seriamente dañado? .
Espero que estos ejemplos os sirvan para conocer un poquito mejor que es esto del CRISPR que tanto se oye en el mundo científico últimamente. Si quieres saber más y porque nos resulta tan útil a los investigadores del cáncer de dudes en seguir conmigo, tras las huellas del cáncer.
Espero que estos ejemplos os sirvan para conocer un poquito mejor que es esto del CRISPR que tanto se oye en el mundo científico últimamente. Si quieres saber más y porque nos resulta tan útil a los investigadores del cáncer de dudes en seguir conmigo, tras las huellas del cáncer.
FdM.
P.D.: Si se entiende bien el inglés recomiendo ver este video en el que explican con gran acierto esta técnica
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