El avance de la ciencia es algo así como el deambular de un explorador por una jungla inexplorada. A menudo, la maleza densa puede parecer impenetrable, pero en ciertos momentos privilegiados, se abre un claro y emerge un paisaje completamente nuevo.
Algo así está ocurriendo en el campo de la biología con el reciente descubrimiento de técnicas poderosas para intervenir en el código genético de la vida. Un nuevo método para editar genes con la facilidad de las funciones de cortar y pegar de una computadora puede resultar más trascendentalque la división del átomo y representa un avance importante en la guerra contra las enfermedades mortales.
El avance, conocido como CRISPR, ha sido recibido con optimismo extático y aprensión grave.
En una investigación que aparece en la edición avanzada en línea de la revista Comunicaciones de la naturaleza Karen Andersen, Samira Kiani y sus colegas de la Universidad Estatal de Arizona describen un método para hacer que la herramienta de edición de genes CRISPR-Cas9 sea "inmunosilente", lo que potencialmente permite que la edición y reparación de genes se realice de manera confiable y sigilosa.
El estudio es el primero en predecir con precisión los sitios de unión dominantes o los epítopos responsables del reconocimiento inmune de la proteína Cas9 y atacarlos experimentalmente para su modificación. Los hallazgos acercan CRISPR a una aplicación clínica segura.
Anderson es profesora en el Centro de Diagnóstico Personalizado Virginia G. Piper de Biodesign y en la Facultad de Ciencias de la Vida de ASU. También es profesora asociada de medicina en Mayo Clinic Arizona. Kiani se unió recientemente al Instituto de Biodesign además de sus citas en ASULa Facultad de Ciencias de la Vida y la Facultad de Ingeniería Biológica y de Sistemas de Salud. Sus intereses de investigación incluyen el uso de métodos de biología sintética para mejorar la seguridad CRISPR.
Herramienta antigua, ciencia futurista
En 1987, un equipo de investigadores en Osaka, Japón, encontró algo peculiar. Las secuencias genéticas idénticas parecían estar surgiendo repetidamente en el genoma bacteriano de E. coli . Estas secuencias palindrómicas se separaron mediante fragmentos abreviados de ADN de composición variable.
La naturaleza de estas extrañas secuencias repetidas y las curiosas frases de ADN que las separaban era un enigma. Sorprendentemente, comenzaron a aparecer en otras bacterias. De hecho, el fenómeno parecía ser omnipresente y la carrera por una explicación estaba en marcha.
Hoy sabemos que los investigadores se habían topado con un sistema inmune bacteriano previamente desconocido: CRISPR para las repeticiones palindrómicas cortas agrupadas regularmente entre espacios.
CRISPR se basa en dos componentes principales. El primero, conocido como ARN guía, es una especie de sabueso molecular, responsable de localizar un sitio particular en el genoma para modificarlo o desactivarlo. El segundo componente, conocido como Cas9, es untipo especial de proteína conocida como endonucleasa. Funciona como un par de tijeras de podar afiladas, cortando el ADN bicatenario en el sitio deseado ubicado por el ARN guía.
cuando una bacteria como E. coli es invadido por un virus desconocido, conocido como bacteriófago, se activa el sistema CRISPR. Si los mecanismos de defensa bacteriana desactivan el virus con éxito, CRISPR corta el ADN del invasor en pedazos y almacena estos fragmentos en una especie de biblioteca genómica. AEl ataque viral posterior a la bacteria hará que CRISPR compare segmentos de ADN del virus causante con el banco de datos de la bacteria de fragmentos de ADN de ataques virales previos. Cuando el ARN guía encuentra una coincidencia a lo largo del ADN del virus, se une con la secuencia complementaria yla proteína Cas9 corta el ADN y termina el virus.
Naturaleza 2.0
Los investigadores inteligentes pronto reconocieron el potencial de CRISPR-Cas9 para servir como una herramienta de edición de genes de uso múltiple, útil no solo para modificar regiones seleccionadas en todo el genoma bacteriano, sino también los genomas de todos los organismos vivos, incluidos los humanos. Las posibilidades sonasombroso y no se limita a tratamientos efectivos para una amplia gama de enfermedades genéticas. Por primera vez, puede ser posible corregir los errores genéticos de la naturaleza, curar muchas de estas enfermedades y evitar que otras surjan.
CRISPR también tiene el potencial de transformar radicalmente los ecosistemas y se ha sugerido como un medio para eliminar enfermedades como la malaria al conducir a los mosquitos que los llevan a la extinción, a través de técnicas asistidas por CRISPR conocidas como impulsos genéticos.
Por primera vez en la historia de la Tierra, una especie tiene la clave para dirigir el curso de su propia evolución sin mencionar la evolución de bacterias, jirafas, secuoyas y toda la vida planetaria. Actualmente, hay prohibiciones sobre los genesesfuerzos de edición en humanos que podrían pasar a través de la línea germinal a generaciones sucesivas, pero en al menos un caso, estos límites se han sobrepasado siniestramente. Tan poderoso y versátil es el método CRISPR, es probable que haya pocos dominios de biología aplicada que permanezcan intactospor esto.
Pero antes de que CRISPR pueda dar sus primeros pasos tentativos en la clínica, se deben abordar una serie de problemas de seguridad, comenzando con la proteína Cas9 que corta genes.
"Al ser tanto una revolución social como una revolución tecnológica, muchos investigadores han comenzado a considerar consideraciones éticas, sociales, de seguridad y reglamentarias relacionadas con el uso de CRISPR", dice Kiani. "Ingeniería de seguridad para abordar la capacidad de control, la especificidad y los efectos secundarios deLos tratamientos CRISPR han ganado un impulso significativo y han surgido debates éticos para garantizar el uso correcto de la tecnología. Mi laboratorio está interesado en abordar ambos problemas ".
Manejo de la inmunidad
Cas9 es una herramienta precisa y versátil, que reemplaza las técnicas de edición de genes tempranas, inexactas e ineficientes por un dispositivo de corte rápido, económico y mortalmente preciso. Pero Cas9 en su forma nativa puede no ser bien tolerado por el cuerpo humano.
Hacer que la tecnología CRISPR sea segura para el uso clínico es una preocupación central y el problema es desafiante. Una necesidad es asegurar que la maquinaria central de CRISPR no sea reconocida por el sistema inmune del paciente como una entidad extraña y atacada. Una respuesta inmune de estoel tipo podría causar una toxicidad significativa. Un método pre-CRISPR precoz de introducir genes alterados para corregir un trastorno genético raro resultó en una tragedia cuando una revuelta del sistema inmune causó la falla orgánica múltiple y la muerte. Hoy, los vectores mejorados para la terapia génica han resultado más segurostratamientos para una variedad de trastornos genéticos, aunque los efectos "fuera del objetivo" de estas intervenciones siguen siendo una preocupación importante.
La proteína Cas9 se deriva de una bacteria común, estreptococo pyogenes. "El problema", dice Anderson, "es que muchos de nosotros ya somos inmunes al estreptococo. Si ha tenido una infección por estreptococos del grupo A, es posible que tenga inmunidad preexistentea esa proteína "
S. pyogenes es una bacteria redonda que comúnmente coloniza la garganta, la mucosa genital, el recto y la piel, afecta anualmente a 700 millones de personas en todo el mundo. Es responsable de enfermedades que van desde la fiebre reumática y la enfermedad cardíaca reumática hasta la escarlatina y la faringitis estreptocócica.comúnmente conocido como faringitis estreptocócica.
En esfuerzos previos de edición de genes, las células se eliminaron del tejido humano, se rediseñaron y se reemplazaron en el cuerpo. El poder de CRISPR permite a los investigadores modificar el ADN dentro del tejido de una persona viva e incluso apuntar a múltiples modificaciones genéticas con una sola intervención CRISPR "."Si desea pensar en reparar las células que están en un órgano, como una célula hepática, un riñón o un cerebro", dice Anderson, "debe expresar allí la proteína bacteriana". Aquí es donde está la amenaza de provocar una respuesta inmune aCas9 se convierte en un obstáculo formidable.
Cas9 va de incógnito
El nuevo estudio afirma que Cas9 es de hecho inmunogénico en humanos y que la exposición preexistente a S. pyogenes puede conducir a las células T del cuerpo a lanzar un ataque inmune contra la proteína bacteriana. Cuando se analizaron 143 muestras de sangre, 82 de ellas o57.3 por ciento mostró niveles detectables de anticuerpos contra S. pyogenes.
El estudio describe a continuación un esfuerzo para producir una versión completamente funcional de Cas9, adecuada para la edición de genes, que el sistema inmune no reconoce ni tiene como objetivo. Para hacer esto, los investigadores identificaron las regiones de unión de anticuerpos en la molécula Cas9,conocidos como epítopos, que estaban directamente implicados en desencadenar el reconocimiento y ataque de células T.
Se exploraron dos mutaciones en los denominados residuos de anclaje del epítopo Cas9 individualmente y en combinación para evaluar su efecto sobre la inmunogenicidad. La modificación de estas regiones por un solo aminoácido produjo una versión de Cas9 que podría operar de forma encubierta. Reactividad de células T.El péptido mutado mostró una reducción de 25-30 veces, mientras que la capacidad de corte de ADN de Cas9 estaba intacta.
"Esa es la parte única de lo que hemos hecho", dice Anderson. "Tomamos esos epítopos dominantes y tratamos de silenciarlos, simplemente haciendo una o dos mutaciones en el gen Cas9. Pero lo reconstruimos, entoncesel gen todavía era funcional. No es inmunológicamente silencioso, pero es más silencioso ". De hecho, los resultados del estudio confirmaron que en las células cultivadas, la Cas9 reingeniería era menos inmunológicamente activa, al tiempo que conservaba sus propiedades funcionales. El autor enfatiza que la técnica podría combinarsecon otras estrategias para mejorar aún más la seguridad CRISPR y reducir la necesidad de medicamentos inmunosupresores.
Se están explorando nuevas y emocionantes vías de investigación que permitirían utilizar CRISPR para inducir cambios epigenéticos, activar genes silenciosos, alterar la actividad de genes alterados o modificar la expresión génica sin cambios permanentes en el ADN. Dichas intervenciones requerirán laEl sistema CRISPR permanecerá mucho más tiempo en el cuerpo para ser efectivo, quizás semanas o meses. Aquí, la inmunidad potencial contra Cas9 será aún más importante. La adaptación personalizada de los epítopos para silenciar la respuesta inmune a Cas9 ofrece un enfoque atractivo.
"Esperamos que este estudio sea el comienzo de muchos esfuerzos que, cuando se combinan, pueden abordar la inmunogenicidad de CRISPR para ensayos clínicos", dice Kiani.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Estatal de Arizona . Original escrito por Richard Harth. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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