REVISTA JUVENTUDYCIENCIASOLIDARIA: Enelcaminodelainvestigación Salvaciónodestruccióngénica:CRISPR-Cas9 EmilyMargaritaAbataAlcívar Minombrees EmilyMargaritaAbata Alcívar tengo17añosyestudioeltercer BGUenlaUnidadEducativaFiscomisional MaríaAuxiliadoradeEsmeraldas.Soy miembrodelClubdeInvestigaciónpara laRedacciónCientífica(CIRC).Megusta aprendersobrecómofuncionaelmundoen elquevivimos,escucharmúsicaeirala playa.QuieroestudiarBiomedicinaenla universidad. Resumen CRISPR-Cas9esunatecnologíainnovadoraqueper- mitemodificarelADNconprecisiónyeficiencia; inspiradaenelsistemainmunológicodelasbacte- rias,combinalaproteínaCas9yunARNguíapara identificarycortarsegmentosespecíficosdelADN. Esteavancerevolucionario,iniciadoconlosestudios deFranciscoMojicaen1992ydesarrolladocomo herramientagenéticaen2012porJenniferDoudnay EmmanuelleCharpentier,hatransformadolabiología molecularalofrecerunmétodorápido,accesibley altamenteversátil.Conaplicacionesprometedorasen medicina,biotecnologíayagricultura,CRISPR-Cas9 puedetratarenfermedadesgenéticasymejorarcul- tivos,sinembargo,tambiénplantearetosimportantes comolafaltadeespecificidaddelARNguíaquepuede generarmutacionesnodeseadas;loquerepresenta unriesgosignificativo,especialmenteenhumanos. Estepuntogenerócontroversiatraselcasodelas gemelasmodificadasgenéticamenteenChina,donde sevulneraronprincipioséticosparaeliminarungen asociadoalVIH.Latecnologíaplanteadilemaséticos ylegales,comolanecesidaddenormativasqueregulen 75
76 JuventudyCienciaSolidaria. suusoresponsable.Aunquealgunoscientíficoscriti- canestasregulacionesporlimitarelprogreso,estas sonesencialesparagarantizarquelosriesgossean manejables.Apesardelosdesafíos,CRISPR-Cas9 abreunhorizonteemocionante,permitiendoavances impensablesencienciaycalidaddevida.Supotencial transformadorinvitaaseguirinvestigandoyexplo- randosusposibilidadesconcuidadoyresponsabilidad. Palabrasclave: CRISPR,ADN,ARN,virus,bacte- rias Explicacióndeltema CRISPR-Cas9esunatecnologíadeedicióngenética quepermitemodificarelADNdeunacéluladeforma selectiva.Comoseapreciaenlaimagensiguiente,este involucradoscomponentesesenciales:unARNguía paraquecoincidaconungenobjetivoylaCas9(pro- teína9asociadaaCRISPR)quefuncionacomouna endonucleasacausandounarupturadelADNdedoble cadena,loquepermitemodificacionesenelgenoma [10]. EnlaFigura1sepresentaelfuncionamientode CRISPR-Cas9:elARNguía(sgARN),identificael protoespaciador(ADNobjetivo),ylaCas9cortaenel puntoexactoindicadoporelsgARNsiemprequeesté presentePAM(pequeñasecuenciaadyacente)[6]. Figura1. RepresentacióndelsistemaCRISPR-Cas9Fuente:[6] SegúnBlázquezyPozo,“CRISPResunatécnica deedicióngénicaquepermitecortarelADNenun sitioespecíficoparadespuéseditarlo”[2]. Estesistemaprovienedelmecanismonaturalin- munedelasbacteriasyarqueas,comoseobservaen lafigura2:siunvirusinfectaunmicroorganismo,su ADNesfragmentadoeincorporadoalgenomadela célulaprocariota.Enotraspalabras,CRISPRfunciona comoun“almacén”defragmentosdeADNvirales. Deallísunombre,puesesunacrónimodelafrase ClusteredRegularlyInterspacedShortPalindromicRe- peats(RepeticionesPalindrómicasCortasAgrupadas yRegularmenteInterespaciadas),quepermitenalas célulasprocariotasguardarinformacióngenéticade virusquelashaninfectadopreviamente,creandouna especiede"memoriainmunológica"quelesayudaa defendersedefuturosataques.LaFigura2presenta:1.cuandounvirusinfectaaunabacteria,2. suADNesfragmentadoyalmacenadodentro delasecuenciaCRISPR,frenteaunposterior ataque3.lamaquinariamolecularidentifica4. destruyeelmaterialgenéticodelvirusinvasor [1]. Figura2. Pasosdelainmunidadmediadaporelsistema CRISPRFuente:[1] LasproteínasCas,asociadasalsistemaCRISPR, sonnucleasasespecializadasencortarelADNdema- neraprecisayquesonguiadasporsecuenciasespecí- ficasdeARN;así,desempeñanunpapelesencialen ladefensadebacteriasyarqueascontraelementos genéticosexternoscomolosvirus.Sucapacidadpara reconocerydegradarmaterialgenéticoinvasorestá mediadaporestaguíadeARN,loquelespermite actuardemaneraselectivayeficiente[2]. DeacuerdoconIbañezetal.(2021),lossistemas CRISPR-Casseclasificanendiferentestipossegúnla estructuradelosgenesCas.Entérminosgenerales, sedividenendosclases:laclase1incluyelostiposI, IIIyIV,mientrasquelaclase2abarcalostiposII,
Enelcaminodelainvestigación 77 VyVI.Unadelasprincipalesdiferenciasentreestos gruposradicaensucomplejidadestructural[3]. Lossistemasdeclase1sonmultiproteicos,loque limitasuaplicaciónenterapiasgenéticas.Encontraste, losdeclase2sonmássimples,formadosporunasola proteína,loquelosconvierteenopcionesmásviables parainvestigacionesyaplicacionesterapéuticas.En- treestos,elsistemamásconocidoyutilizadoesel CRISPR-Cas9tipoII,quesederivadelabacteria Streptococcuspyogenes ,hasidoampliamenteempleado eninvestigacionesdeedicióngenética[3]. EstemecanismofuedescubiertoporFranciscoMo- jica,microbiólogoyprofesorenlaUniversidaddeAli- cante,en1992.Mientrastrabajabaensutesis,Mojica, secuenciabaelADNdemicroorganismosyobservó queestospresentabanunaseriederepeticionesque denominó“repeticionesentándem”.Sinembargo,no fuehasta2001cuandopropusoelnombreoficialde CRISPR.Posteriormente,en2005,publicóenel Jour- nalofMolecularEvolution sushallazgos:entrelas secuenciasrepetitivas,seencontrabanfragmentosde ADNviral,loquesugeríaqueestosfragmentosconfe- ríaninmunidadalosorganismosprocariotas,protegién- dolosdeinfeccionesviralesmedianteladestrucciónde virusquecompartíanlamismasecuenciaensugenoma [8]. Elsiguienteavanceclavefuelaidentificaciónde lasproteínasasociadas,conocidascomoCas(CRISPR- associated).En2002,unequipodecientíficosliderado porelinvestigadorholandésRuudJansen,describieron porprimeravezlosgenesquecodificanestasproteí- nas,ubicadoscercadelassecuenciasCRISPR,loque sugirióquelasproteínasCaspodríanintervenirenel mecanismodedefensadeestosorganismos.Estudios posterioresconfirmaronqueestasactúancomonuclea- sas,enzimasquecortanelADNdeformaprecisay dirigida,deshabilitandoelmaterialgenéticoinvasor, comoeldelosvirus[4]. EldescubrimientodeCRISPR-Cas9tuvolugar en2012graciasaltrabajoconjuntodelabioquímica JenniferDoudnaylamicrobiólogaEmmanuelleChar- pentier.ApartirdeestudiospreviossobreCRISPR ylasproteínasCas,lasinvestigadoraslograronde- mostrarcómolaproteínaCas9,provenientedelabac- teriaStreptococcuspyogenes,eracapazdecortarel ADNenubicacionesespecíficas,dirigidaporunase- cuenciadeARNguía;suhallazgofuecrucial,pues estesistemanosólocortabaelADNviral,comoenlos procariotas,sinoquepodíaprogramarseparacortar cualquiersecuenciadeseadaencualquierorganismo. Esteavance,publicadoen Science ,mostróelpotencial deCRISPR-Cas9comounaherramientaversátilpara laedicióngenética,permitiendomodificargenescon precisiónsinprecedentes[5]. LaFigura3,destacacómolatecnologíaCRISPR- Cas9seutilizaparacortaryrepararelADNenun puntoespecífico[2]. Figura3. Representaciónesquemáticadelamodificación deADNmedianteCRISPRFuente:[2] Paraelpresenteartículo,seutilizóunmétodocuali- tativoconunenfoquedescriptivo.Sellevóacabouna búsquedaenbasesdedatoscientíficasyrepositorios universitarios;conunprocesodeselecciónriguroso conbaseencriteriosderelevancia,impactoyclaridad paraunpúbliconoespecializado.Porconsiguiente,se utilizóunmétododetraduccióndeconocimiento,en- focadoensimplificarconceptostécnicosquepermiten queloslectoresconinformaciónbasesobregenética comprendanlosprincipiosdelsistemaCRISPRorien- tadohaciael-Cas9ysuimpactoenlamedicinayla vidahumana.Lainvestigaciónrealizadaconfirmaque CRISPR-Cas9esunaherramientarevolucionariaen elcampodelagenética,capazdemodificarelADN demaneraprecisa,suaplicacióngeneróavancessigni- ficativosenlainvestigaciónmédicaybiotecnológica. Noobstante,seidentificarongrandesretosasociados asuuso,particularmenteenhumanos,dondeelriesgo defallosymutacionesnodeseadasesconsiderable. Losestudiosrevisadosdestacanque,aunqueCRISPR- Cas9ofreceunmétodoeficienteydebajocostopara laedicióngenética,lafaltadeespecificidadabsoluta delARNguíapresentaundesafíoimportante,porque puedeocasionarmodificacionesenlugaresnodeseados delgenoma,aumentandoelriesgodeefectosadver-
78 JuventudyCienciaSolidaria. sos.Aunquelaedicióngénicarepresentaunavance gigantescoparalaciencia,existendiversasproblemáti- casmoralesyéticasquehacenquesuusoagran escalaseauntemacontroversialyatemorizante.Hace poco,laedicióngenéticaeraunprocesocostosoymuy complicadoquellevabameseseinclusoañosenob- tenerunavancesignificativo.Sinembargo,elusode latecnologíaCRISPR,cambiaelhorizontecientífico, ofreciendounprocesoefectivo,precisoybarato,que permitelaexperimentaciónyobtenciónderesultados soloensemanas[7]. LaexperimentaciónconCRISPR-Cas9noslleva acuestionarnossiesaceptablemodificarelgenoma enhumanoscuandoelriesgoparalasgeneraciones futurasesincierto.LaespecificidaddelARNguíadel CRISPRnoesabsoluta;enelextensocódigodelADN, lasecuenciaqueCas9intentaeditarpuederepetirse múltiplesveces,representandounaltoriesgodequeel genomaseamodificadoenlugaresnodeseados.Este esunodelosprincipalesproblemasparasuaplicación enhumanos,dadoquenosecuentaconlapreparación suficienteparamitigarlosriesgospotenciales[7]. Lasnormativaséticassecreanparagarantizarel usoadecuadoymoderadodelaherramientaCRISPR, aunquealgunoscientíficosdecidieroneludirestasnor- mativas.ElinvestigadorHeJiankuidelaUniversidad delSurdeCienciayTecnologíadeShenzhen,anunció afinesdenoviembredel2018elnacimientodelosdos primerossereshumanosmodificadosgenéticamente. LasgemelasNanayLulufueronintervenidasantesde susnacimientoscuandoapenaserancélulasembrio- narias,paraevitarqueelvirusdelVIHlesafectará mediantelaeliminacióndelreceptorCCR5[9].Paraobtenersujetosnacidosgenéticamentemodi- ficadosdemaneraembrionariasenecesitódelafertili- zacióninvitroparaimplantarseenunvientrematerno. EnChina,elpaísdondeseprodujoestecaso,cualquier tipodeprocedimientosquemodifiquelalíneagerminal estánvetadosylaopinióndelacomunidadcientífica nosehizoesperar.Sedeclaróqueelexperimentovioló diversosprincipioséticosligadosalusodeficientedela tecnologíadeedicióngenética[9].Experimentoscomo losrealizadosporHeJiankuidemuestranlaimpor- tanciadelaintervenciónyregulacióndelosprocedi- mientosallevaracaboenhumanos,asícomoevaluar susriesgosybeneficiosdemanerameticulosa.Según BlázquezyPozo(2020)“Enjuliode2018,elTribunal deJusticiadelaUniónEuropea(TJUE)dictaminó quelosorganismosobtenidosmediantemutagénesisse debíanregularbajolalegislacióndeorganismosmodi- ficadosgenéticamenteotransgénicos(OMG)”.Enella seregulalacreación,uso,comercializaciónyliberación intencionadadeestosorganismosalmedioambiente, conelfindeprotegerlasaludhumana,animalyel entornoderiesgospotencialesdesconocidos.Plantear unaregulaciónlegalenlaéticadelcampodelaedición genéticageneródescontentoenlacomunidadcientífica, quienesconsideranquedichalegislaciónretrasayres- tringelaposibilidaddeutilizarCRISPRparamejorar lacalidaddevidaenlasociedadenámbitoscomo: agricultura,economíaysalud[2]. Conclusiones CRISPR-Cas9abrióunanuevapuertaenlaciencia, ofreciendolaposibilidaddemodificarelADNdeforma precisa,loqueantesparecíaimposible.Estaherra- mientatieneelpotencialdetransformarnuestrasvi- das,desdeeltratamientodeenfermedadeshastala mejoradecultivos.Sinembargo,nodebemosignorar losriesgosqueconlleva,especialmentecuandosetrata delaedicióngenéticaenhumanos,dondeloserrores puedentenerconsecuenciasgraves.Poreso,esvital quesigamosexplorandoestatecnologíaconcuidado, estableciendoreglasclarasyéticasparasuuso.A pesardelosdesafíos,elfuturoconCRISPR-Cas9es emocionante. Agradecimientos QuieroexpresarmimássinceroagradecimientoaDar- winMéndez,suayudafuefundamentalparalacreación deesteartículo,sinél,estetrabajonohabríasidoposi- ble.HagounamenciónespecialaBrithanyRamo,mi co-asesora,porsupaciencia,dedicaciónydulzurayal MSc.ElioRamírezRubira,directordelCIRC,quien mebrindólassugerenciasyapoyonecesarioenla redaccióndeestetrabajo,comomiasesor.
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