CRISPR-Cas9, revolucionarias tijeras de ADN en ingeniería genética

Eliminar enfermedades genéticas, crear nuevos fármacos, modificar el ADN de un embrión, Crispr-Cas9 bien podría hacerlo todo… Los mecanismos biológicos de CRISPR-Cas9 fueron revelados en Sciences, revista científica internacional) en 2012 por Jennifer Doudna de la Universidad de California y Emmanuelle Charpentier del Instituto Max Planck para Infecciones Biológicas en Berlín, pero Feng Zhang del MIT tenía los derechos de la patente.

Estas 2 mujeres han recibido numerosos premios, incluido el Premio Breakthrough Prize Foundation, el Premio L’Oréal-Unesco para la Mujer y la Ciencia. Algunos también piensan en el próximo Premio Nobel …

Actualización: este miércoles 7 de octubre de 2020, Jennifer Doudna y Emmanuelle Charpentier acaban de recibir el Premio Nobel de Química por su trabajo en la edición del genoma. Para entender cómo funciona CRISPR-Cas9, voy a recordar algunos conceptos básicos de genética.

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Todas nuestras células contienen ADN

Como recordatorio, el ADN es una doble hélice compuesta por una secuencia bien definida de bases nitrogenadas (A, C, G, T) que contiene información genética. El ADN se transcribe en ARN (una secuencia con una hebra) que luego se traduce en proteínas.

Las secuencias de estas bases nitrogenadas forman un código. Códigos de ADN para genes. Los genes (porciones de ADN) definen quiénes somos (color de ojos, color de cabello, síntesis de proteínas, etc.). Es difícil cambiar los genes de las células vivas.

ADN portador información genética código base nitrógeno nucleótidos secuencias

Fundación Premio Jennifer doudna Emmanuelle Carpentier Premio Breakthrough

Cómo funciona CRISPR-Cas9

Hace unos años, los investigadores descubrieron que las bacterias también tienen una especie de sistema inmunológico adaptativo (memoria inmune). Las bacterias pueden ser atacadas por virus como los bacteriófagos.

Después de un ataque de virus, las bacterias almacenarán información sobre este ADN viral en ” espaciadores “: Las regiones CRISPR (repeticiones palindrómicas cortas agrupadas y espaciadas regularmente) contienen una alternancia de secuencias cortas repetidas y secuencias “espaciadoras”. Estos espaciadores son de ADN extraño integrado por el anfitrión. Estas secuencias CRISPR también se encuentran en Archaea (otra rama del mundo viviente).

Espaciadores operativos del mecanismo biológico CRISPR

Si la bacteria es atacada nuevamente por este mismo virus, creará una ARN guía (ARNg) que coincide con el ADN del virus. La enzima Cas9 integrará este ARN que lo guiará hasta el ADN viral a cortar. El corte de este ADN viral comenzará cuando Cas9 encuentre un sitio PAM. La proteína Cas9 se une al ADN diana y realiza una ruptura de doble cadena de ADN.

Cortar el ADN viral hará que el virus muera. La proteína Cas9 es parte de la familia de nucleasas, que actúan como tijeras en el ADN. Los investigadores encontraron que este sistema puede cortar el ADN viral, pero también todas las secuencias de ADN en un lugar preciso. La ubicación de corte se basa en el especificidad complementariedad de bases entre el ARN guía y el ADN diana.

edición del genoma crispr cas9

Así que solo un ARN guía para que el sistema CRISPR-Cas9 corte el ADN en una ubicación específica. Después de cortar el ADN, esta ruptura se repara mediante recombinación homóloga o unión de extremos no homólogos (NHEJ). La recombinación homóloga consiste en un intercambio de secuencias de nucleótidos entre dos moléculas de ADN idénticas (entre el cromosoma dañado y el cromosoma homólogo intacto). NHEJ consiste simplemente en volver a soldar las dos hebras de ADN separadas.

Si no lo ha descubierto todo, no dude en ver este excelente video:

Otras técnicas de modificación del ADN:

  • modificación genética del ADN de tijera de meganucleasa
    Representación 3D de meganucleasa

    El meganucleasa reconocer secuencias de ADN muy largas (> 12 pares de bases). Al adherirse al ADN objetivo, provoca una ruptura de doble hebra en el ADN. Hay 3 tipos: meganucleasas intrónicas, codificadas por genes independientes o inteínas.

  • El nucleasas de dedos de zinc (Nucleasas de dedo de zinc) son proteínas híbridas resultantes de la fusión de genes que codifican proteínas de dedo de zinc (que reconoce una secuencia de ADN definida: 3 nucleótidos específicos) y una enzima de restricción Fok I (que cortará el ADN). Fok, me aislaron de las bacterias Flavobacterium okeanokoites. Las proteínas de dedo de zinc se conocen desde hace 25 años.
  • El Efectores transactivadores (TALENs = nucleasas efectoras de tipo activador de la transcripción) son enzimas artificiales con un dominio efector TAL (que reconoce una secuencia de ADN específica) y un dominio catalítico que cortará el ADN. Estos efectores de TAL provienen de la bacteria Xanthomonas.

La ventaja de la técnica CRISPR-Cas9 es su simplicidad de implementación y su bajo costo. El reconocimiento específico se basa en un ribonucleótido (gRNA), mientras que para otras técnicas se basa en el reconocido complejo proteína-ADN. Esta guía de ARN (gRNA) es fácil de fabricar. El ARN guía y el ARN que codifica la proteína Cas9 se pueden introducir directamente en embriones de ratón, por ejemplo.

Usos en terapia génica

La terapia genética implica la manipulación de genes para tratar una enfermedad. La técnica CRISPR-Cas9 se puede utilizar para insertar, eliminar o inhibir genes. Esta técnica podría usarse para tratar enfermedades relacionadas con una mutación en un gen en particular, como:

  • La fibrosis quística es una enfermedad que afecta al tracto respiratorio. Su origen es la mutación del gen CFTR en el cromosoma 7.
  • la hemofilia es una condición que evita que la sangre se coagule. El origen es una mutación en el cromosoma X que codifica un factor de coagulación.

También encontraron que la inyección de CRISPR-Cas9 en una bacteria con un bacteriófago mata a la bacteria: esto podría usarse como una alternativa a los antibióticos.

Problemas éticos y de seguridad

Un equipo chino ha sido criticado después de probar la tecnología en embriones humanos en este estudio publicado en Protein Cell. Los embriones utilizados no eran viables ya que tenían cromosomas adicionales después de dos fertilizaciones. in vitro. El equipo quería modificar el gen responsable de la β-talasemia, una forma de anemia que sigue a la malformación de los glóbulos rojos (ausencia de la cadena beta de la hemoglobina).

Por lo tanto, utilizaron esta tecnología en 86 embriones. Solo 28 bien divididos conservando la reposición de material genético. Huang concluyóSi quieres hacerlo con embriones, esta tecnología tiene que funcionar al 100%. Por eso nos detuvimos. Creemos que CRISPR-Cas9 todavía es demasiado inmaduro.

Otro detalle molesto es que también descubrieron la aparición de mutaciones inesperadas tras la introducción de CRISPR-Cas9: la enzima fue capaz de editar el genoma que inicialmente no era el objetivo de los investigadores. Esta publicación fue rechazada por Nature et Science por razones éticas.

Teóricamente, esta técnica podría aplicarse a las células reproductoras: las modificaciones genéticas del embrión se transmiten a todos sus descendientes, lo que podría abrir las puertas a la eugenesia. “Se necesitan regulaciones claras para la seguridad de todos. No podemos permitir que la gente lo use para “crear el niño perfecto”.”Dijo Jennifer Doudna. Ella agrega : “Mi mayor temor es que alguien quiera ser el más rápido y que esta técnica, en sus aplicaciones, se vuelva peligrosa. Si este fuera el caso, podría conducir a una prohibición total de CRISPR-cas9, y se acabarían años de investigación. . “

CRISPR-Cas9 es, por tanto, una herramienta formidable en ingeniería genética, pero debe ser supervisada para evitar abusos de uso. En este mapa de la naturaleza, podemos ver que las leyes relativas a la manipulación genética en embriones humanos difieren:

1- En los Estados Unidos, los fondos federales no se pueden utilizar para modificar embriones humanos, pero no existen prohibiciones claras sobre la edición del genoma.

2- En Argentina está prohibida la clonación humana, pero la legislación sobre edición del genoma no es clara.

3- En el Reino Unido, desde 2009, se autoriza la investigación básica en embriones humanos, pero sigue prohibida para la investigación clínica.

4- En Alemania, la investigación es muy limitada y está regulada para manipular embriones humanos.

5- En Japón, India y China, está prohibido editar el genoma humano de un embrión.

mapa de regulación genética humana modificación de embriones

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Fuentes:

Jinek M, Chylinski K, Fonfara I, Hauer M, Doudna JA, Charpentier E – Una endonucleasa de ADN guiada por ARN dual programable en inmunidad bacteriana adaptativa – Ciencia. 2012 17 de agosto; 337 (6096): 816-21. doi: 10.1126 / science.1225829 http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22745249

Liang P. y col. – Edición de genes mediada por CRISPR / Cas9 en cigotos tripronucleares humanos – Protein Cell. Mayo de 2015; 6 (5): 363-72. Http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25894090

Jim Yeadon, Ph.D – Pros y contras de ZNF, TALEN y CRISPR / Cas – https://www.jax.org/news-and-insights/jax-blog/2014/march/pros-and-cons- de-znfs-talens-y-crispr-cas

CNRS – Lesiones del ADN: una reparación adecuada en el espacio http://www.cnrs.fr/insb/recherche/parutions/articles2014/e.soutoglou.html

http://www.ieb-eib.org/fr/bulletins/docteur-honoris-causa-a-la-kuleuven-et-mise-en-garde-a-propos-du-crispr-cas9-363.html

Le Cong, F. Ann Ran – Ingeniería de genoma multiplex con sistemas CRISPR / Cas – Ciencia. 15 de febrero de 2013; 339 (6121): 819–823. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3795411/

Biotecnología de Sante Cruz – SISTEMAS CRISPR http://www.scbt.com/fr/crispr-cas9_system.html

Proteínas de Zinc Fingers http://ipubli-inserm.inist.fr/bitstream/handle/10608/6009/MS_2007_10_834.html*

Tina Hesman Saey (2015) – Revisión del año: un editor de genes revolucionario provoca un debate sobre la ética – ScienceNews https://www.sciencenews.org/article/year-review-breakthrough-gene-editor-sparks-ethics-debate

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