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Los orígenes bacterianos de la edición del genoma
Javier Flores
La Jornada
Hay un acuerdo prácticamente unánime para considerar entre los acontecimientos científicos más importantes de 2015 el desarrollo de una inquietante herramienta biológica que permite la “edición” del genoma. Al menos así han reconocido las publicaciones científicas más influyentes a escala mundial. La revista estadunidense Science, por ejemplo, la considera el principal avance ocurrido en el año, y la publicación inglesa Nature la ubica entre los 10 acontecimientos más relevantes en ese periodo. Y no es para menos, pues la novedosa tecnología –que por cierto no surgió el año pasado pero ha acumulado en los 12 meses previos pruebas fehacientes de sus enorme potencial– permite realizar cortes en zonas específicas del ácido desoxirribonucleico (ADN) y, eventualmente, reparar o modificar en esos sitios la secuencia de esta molécula, la cual es la base de la herencia biológica y regula la estructura y las funciones de las células y los tejidos en todos los seres vivos.
Pero la celebridad que ha alcanzado esta técnica en 2015 es el resultado de una combinación entre la esperanza y el miedo. Así, surge una promesa bien fundada en sólidas evidencias que muestran su capacidad para acrecentar el conocimiento básico en la biología, mejorar la producción de alimentos en la agricultura y para enfrentar enfermedades de origen genético hasta ahora incurables. Pero asociado a ello, el temor se origina porque se ignoran las consecuencias que la modificación genética que ofrece el complejo CRISPR/Cas9 (nombre que se ha dado a esta tecnología), pueda traer sobre el futuro genético de la especie humana y de otros organismos. Representa, en síntesis, la posibilidad de realizar en unas cuantas horas el trabajo que a la evolución le lleva miles de años.
La explosión de la citada técnica de edición genética se inicia formalmente en 2012 a partir de la publicación en Science del trabajo de dos investigadoras, las doctoras Emmanuelle Charpentier, del Instituto Max Planck, en Berlín, y Jennifer Doudna, de la Universidad de California, en Berkeley. Estas científicas lograron reproducir en el laboratorio el sistema de defensa que emplean algunas bacterias contra las infecciones virales. Así pues, en sentido estricto, la historia comienza con el descubrimiento y descripción del maravilloso “sistema inmune” bacteriano, realizado por autores como Alexander Bolotin, Stan J. Brouns y Philippe Horvart, entre muchos otros que abrieron las puertas al prodigio científico de la edición genética.
En el genoma bacteriano hay regiones en las que la secuencia de nucleótidos (las unidades básicas de la molécula de ADN) puede leerse igual en un sentido que en el otro, lo que se conoce como palíndromos (como en la frase: “Anita lava la tina”, pero con las combinaciones de las bases Adenina “A”, guanina “G”, citosina “C” y Timina “T” del ADN). Estos segmentos son cortos, se repiten varias veces y se encuentran separados por otras secuencias diferentes llamadas espaciadores. Entonces se tienen en el genoma bacteriano repeticiones palindrómicas separadas por un espaciador seguido por otra repetición y así sucesivamente. Estos bloques se encuentran unidos a una región especial denominada secuencia líder, y todo el conjunto se denomina en inglés Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, cuyas siglas en ese idioma son CRISPR (en español se traduce simplemente como Repeticiones Palindrómicas Cortas Agrupadas y Regularmente Interespaciadas).
Estas regiones CRISPR se asocian a su vez con genes que sintetizan unas enzimas conocidas como nucleasas, en particular con las denominadas “cas”, las cuales son proteínas con la capacidad de cortar e inactivar ácidos nucleicos, como el ADN, ajenos a la bacteria. Cuando un virus ataca a una bacteria, introduce en ella su ADN, el cual se reproduce utilizando la maquinaria biológica de la víctima y puede llegar a destruirla.
Pero las bacterias cuentan con un maravilloso sistema defensivo. La presencia del ADN viral provoca la activación del complejo CRISPR, a partir del cual se sintetizan cadenas cortas de ácido ribonucleico (ARN) que reconocen y se asocian con sitios específicos del ADN viral. La unión previa de CRISPR con las enzimas “Cas” (que forman el complejo CRISPR/Cas) permiten que estas realicen un corte en esos sitios específicos de la molécula del ADN viral. Así, el ARN bacteriano formado en CRISPR sirve de guía a la nucleasa (Cas), la cual actúa como “tijera” molecular, que corta, y con ello inactiva al ADN agresor, experiencia que además conserva la bacteria en una especie de memoria genética.
Charpentier y Doudna recrearon este mecanismo de defensa bacteriano. Mostraron al mundo que es posible crear en el laboratorio, de manera muy simple y a muy bajo costo, moléculas “guía” de ARN que pueden identificar cualquier región del ADN de cualquier especie (animales, plantas, hongos, bacterias, etcétera), y realizar cortes, en este caso con ayuda de una enzima particular llamada “Cas9″ (ahora se están creado otras más precisas). Pero no sólo eso, en los sitios del corte es posible introducir secuencias específicas, con lo que se puede modificar casi a voluntad el genoma de todo tipo de células, crear animales y plantas transgénicas, modelos para ensayar nuevas drogas y, eventualmente, enfrentar enfermedades de causa genética, entre muchas otras aplicaciones de esta técnica que no sólo merece ser considerada uno de los mayores avances científicos de 2015, sino quizá del presente siglo.