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EXPLICACIÓN Ciencia

¿Qué es CRISPR?: Esta herramienta está revolucionando la ingeniería genética

Esto es todo lo que tienes que saber de esta herramienta para la edición genética que un día podrá curar enfermedades, erradicar especies y diseñar bebés.

KTSDESIGN/Getty

Estamos en medio de una revolución de la edición genética. 

Durante cuatro décadas, los científicos han manipulados nuestros genes. Desde la década de los 70, los científicos han activado y desactivado genes de manera experimental para descubrir sus funciones, han mapeado su ubicación dentro de nuestro genoma, y hasta han insertado y borrado genes de animales, plantas y seres humanos. 

Y en noviembre de 2018, un científico chino dijo haber creado los primeros seres humanos con modificación genética. 

Aunque los científicos han realizado grandes avances para entender la genética humana, la edición de nuestros genes sigue siendo un proceso complejo que tecnología cara y precisa, años de experiencia y un poco de suerte. 

En 2012, un par de científicos desarrolló una nueva herramienta para modificar genes, redefiniendo todo el campo de la edición genética: CRISPR. Descrito con frecuencia como un "par de tijeras moleculares", CRISPR es considerado como la forma más precisa, rápida y económica de editar genes. Sus aplicaciones potenciales son amplias y podrían usarse en los campos de la conservación, agricultura, desarrollo de medicamentos y cómo combatimos males congénitos. Esta herramienta podría alterar toda la fuente genética de las especies. 

El campo de la investigación CRISPR sigue siendo joven, pero aun así ya hemos visto cómo se puede usar esta herramienta para combatir el VIH, luchar contra especies invasivas y destruir bacteria que es resistente a los antibióticos. Aun quedan muchas interrogantes, como cómo podría CRISPR dañar nuestro ADN para causar cáncer. 

Un paso tan grande en la ingeniería genética está repleto de complejidades que presentan preguntas filosóficas acerca de la ciencia, la ética, cómo realizamos investigaciones científicas y el futuro de la humanidad. Con la confirmación de que dos embriones humanos fueron modificados con CRISPR y que llegaron a nacer, estas preguntas cobran aun más urgencia. El futuro de la edición genética parece haber llegado de la noche a la mañana.

Pero, ¿qué es CRISPR exactamente y cuáles son las principales preocupaciones sobre esta poderosa herramienta?

Vayamos punto por punto.

Embryo selection for IVF light micrograph

CRISPR tiene el potencial de ser usado para editar los embriones humanos y así crear bebés de diseño.

Science Photo Library/Getty Images

¿Qué es CRISPR?

Pocos pudieron predecir la importancia que adquiriría CRISPR para la edición genética cuando se descubrió por primera vez hace 30 años.

En 1987, unos investigadores de la Universidad de Osaka que estaban estudiando la función de los genes de Escherichia coli notaron una serie de secuencias de ADN cortas y repetidas. En ese entonces, los científicos no entendieron el significado de ello. 

Seis años después, el microbiólogo Francisco Mojica notó estas secuencias en otro organismo unicelular, el Haloferax mediterranei. Estas secuencias seguían apareciendo en otros microbios y en 2002, estas inusuales estructuras de ADN recibieron un nombre: Clustered regularly interspaced short palindromic repeats, en inglés, y repeticiones palindrómicas cortas agrupadas y regularmente interespaciadas, en español.

Del nombre de inglés surgió el acrónimo CRISPR.

Al estudiar más a fondo estas secuencias se reveló que CRISPR es una parte integral de los "sistemas inmunológicos" de las bacterias, lo que les permite luchar contra los virus invasores. Cuando un virus ingresa en una bacteria, esta lucha contra el agresor al cortar el ADN del virus. Esto mata al virus y la bacteria almacena una parte del ADN restante. 

El ADN restante es como una huella dactilar que se guarda en una base de datos CRISPR. Si la bacteria es nuevamente atacada por un virus, la misma produce una enzima conocida como Cas9 que actúa como un escáner de huellas. Cas9 utiliza la base de datos CRISPR para emparejar las huellas almacenadas con los del nuevo invasor. Si encuentra una correspondencia, Cas9 es capaz de cortar el ADN invasor. 

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Eric Mack/CNET

¿Cómo se usa CRISPR para editar genes?

La naturaleza brinda excelentes plantillas para los avances tecnológicos. Por ejemplo, la nariz de un tren rápido japonés está moldeado en el pico del ave martín pescador porque este animar está diseñado "de forma experta" por la evolución para minimizar el ruido a medida que el pájaro se echa un clavado para atrapar un pescado. 

De forma similar, la capacidad de CRISPR/Cas9 de localizar de manera eficiente secuencias genéticas específicas, y de cortarlas, inspiró a un equipo de científicos a preguntarse si esta habilidad podría ser imitada para otros propósitos. 

La respuesta a esta pregunta cambiaría para siempre la edición de genes. 

En 2012, los científicos Jennifer Doudna, de la Universidad de California en Berkeley, y Emmanuelle Charpentier, de la Universidad Umea en Suecia, mostraron cómo se podía utilizar CRISPR y modificarlo. Básicamente, convirtieron CRISPR de un mecanismo de defensa de la bacteria a un misil en busca de ADN montado en un par de tijeras moleculares. Sus sistema de CRISPR modificado funcionaba tan bien que podía encontrar y cortar cualquier gen que escogieran. 

CRISPR-Cas9 gene editing complex

Una ilustración del complejo de edición genética CRISPR/Cas9. 

Molekull/Science Photo Library/Getty

Varios equipos de investigación continuaron con este trabajo, mostrando que el proceso es posible en la levadura y células cultivadas de ratón y humanos. 

Y así se abrieron las compuertas, y la investigación de CRISPR que hasta entonces había permanecido bajo el dominio de los microbiólogos creció en creces. El número de artículos que hacen referencia a CRISPR en la revista Nature ha aumentado 6,000 por ciento entre 2012 y 2016. 

Aunque se siguen usando otras herramientas de edición genética, CRISPR brinda un avance gigantesco gracias a su precisión y confiabilidad. Es una muy buena herramienta para encontrar genes y realizar cortes precisos. Esto permite que se corten los genes con facilidad y volver a pegar otros genes en el espacio que se ha dejado vacíos. Herramientas previas de edición genética podían hacer esto, pero con con la facilidad que brinda CRISPR.

Otra gran ventaja de CRISPR frente a las otras opciones es el factor costo. Mientras que técnicas previas podían costarle a un laboratorio más de US$500 para editar un solo gen, un kit CRISPR puede hacer lo mismo por menos de US$100.

¿Qué puede hacer CRISPR?

El sistema CRISPR/Cas9 se ha actualizado para permitir la edición de genes en organismos que incluyen la levadura, los hongos, el arroz, el tabaco, los ratones, perros, conejos, ranas, monos, mosquitos y, por supuesto, los humanos. Por ello, sus potenciales aplicaciones son enormes. 

Para los científicos que realizan investigaciones, CRISPR es una herramienta que brinda una forma de modificar los genes de manera rápida y mejor, y que les permite crear modelos de enfermedades en células humanos y modelos de ratones con mayor capacidad. Con mejores modelos de cáncer, por ejemplo, los científicos podrán entender mejor la patología y su desarrollo, y esto podría llevar a mejores opciones de tratamiento. 

Un avance en las opciones de tratamiento de cáncer es la modificación de las células T, una clase de célula blanca que es clave para el sistema inmunológico de los humanos. Una prueba clínica realizada en China pudo extraer células T de pacientes, utilizar CRISPR para borrar un gen que usualmente funge como un freno para el sistema inmunológico y reintroducir las células de nuevo en los pacientes para ayudarlos a combatir el cáncer de pulmón. Esta es una de las varias pruebas clínicas que se realizan con CRISPR para editar genes y combatir tipos específicos de cáncer.

Más allá del cáncer, CRISPR tiene el potencial de tratar enfermedades causadas por la mutación de un solo gen, como la enfermedad de células falsiformes o la distrofia muscular de Duchenne. El corregir un gen defectuoso se conoce como terapia genética, y CRISPR puede ser la forma más poderosa de realizar esto. Empleando los modelos de ratones, los científicos han podido demostrar la eficacia de estos tratamientos, pero sigue sin ser probada esta clase de terapia genética con CRISPR en humanos.  

Close-up of a mosquito

Los mosquitos pueden ser un blanco de CRISPR para que las especies que transmiten la malaria se extingan. 

Crisanti Lab/Alekos Simoni

Luego están los métodos que utilizan CRISPR para garantizar una característica genética que un padre le puede pasar a su hijos, que esencialmente reescribe las reglas de la herencia genética. El garantizar que ciertos genes se diseminen en una población provee una oportunidad sin precedentes de combatir enfermedades transmitidas por mosquitos como malaria, lo que le permitiría a los científicos crear mosquitos infértiles en el laboratorio y luego soltarlos para que minimicen o extingan la especie. 

Las potenciales ventajas de CRISPR no acaban allí. Esta herramienta le da cabida a nuevas formas de crear antimicrobianos para combatir los crecientes niveles de resistencia a los antibióticos, manipulación de cultivos como el trigo para que sean más resistentes y nutritivos, y hasta la capacidad de diseñar humanos gen por gen.

Las dudas y preocupaciones que despierta CRISPR

CRISPR quizá sea la forma más precisa de cortar ADN que se ha descubierto hasta ahora. Sin embargo, esto no quita que sea imperfecta. 

Una de los principales obstáculos para que CRISPR funcione efectivamente en los humanos es el riesgo de los "efectos fuera del blanco". Cuando se le encomienda a CRISPR buscar un gen, a veces encuentra genes que se ven similares a su blanco, y los corta. 

Un corte no intencionado puede causar mutaciones en otros genes que puede llevar a causar el cáncer, o quizá no tenga ninguna clase de efecto. Aun así, los científicos tienen que asegurarse de que CRISPR funcione sólo en los genes que tiene que manipular. Este tipo de trabajo ya ha empezado, y varios equipos de investigadores han ajustado a CRISPR/Cas9 para aumentar su nivel de precisión. 

Hasta la fecha, CRISPR en humanos se ha limitado a la células que no transmiten su genoma a la próxima generación. pero la edición genética también se puede utilizar para editar embriones y así, cambiar la reserva genética humano. En 2015, un panel de expertos en CRISPR sugirió que esta clase de edición — conocida como edición de línea germinal — sería algo irresponsable hasta que se alcance un consenso sobre la seguridad, eficacia, regulación y temas sociales. 

Aun así, investigación sobre la edición de línea germinal se ha llevado a cabo durante años. En 2017, científicos en Gran Bretaña editaron embriones humanos por primera vez, e investigadores en Estados Unidos usaron CRISPR para corregir un gen defectuoso que causa enfermedades cardíacas. La capacidad de editar embriones comienza a despertar preocupaciones éticas sobre los bebés de diseño en los que los científicos seleccionan genes para aumentar la inteligencia, el estado físico, la fortaleza de los músculos. Esto se adentra en las turbias aguas de la eugenesia. 

Aún no hemos llegado a este escenario en particular, pero la era de la edición del genoma humano ya ha comenzado. 

Editando a los humanos

El 25 de noviembre de 2018, el científico chino Jiankui He dijo que había creado los primeros bebés CRISPR del mundo. Al utilizar CRISPR, He pudo borrar un gen conocido como CCR5. Estos embriones modificados resultaron en el nacimiento de niñas gemelas, que se conocen con el seudónimo Lulu y Nana. 

La comunicad científica condenó esta investigación, y criticó a He por su falta de transparencia. A raíz de la investigación deHe, varios investigadores de alto perfil en el área de CRISPR sugirieron imponer una moratoria global en el uso de esta herramienta para editar la línea germinal. 

El trabajo de He resalta la necesidad de controles más estrictos y una supervisión más efectiva de las pruebas clínicas en las que se editan embriones. Mientras que He mantiene que su experimento estaba enfocado en mejorar la salud de las gemelas al hacerlas resistentes al virus del SIDA, su investigación fue considerada imprudente e incorrecta éticamente; además, ignoró las posibles consecuencias de su experimento. En enero de 2019, el gobierno chino dijo que He actuó de manera ilegal y en contra de la ética, y que se enfrentaría a cargos. He fue despedido de la universidad donde trabajaba.

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Jiankui He dice haber creado los primeros bebés modificados genéticamente. 

Anthony Wallace/Getty

La más reciente cumbre sobre la edición de la genética humano, realizada en noviembre de 2019, concluyó, como lo hizo en su edición de 2015, que "la comprensión científica y los requisitos técnicos para que la práctica clínicas siguen siendo muy inciertos y los riesgos siguen siendo muy grandes para permitir pruebas clínica de la edición de línea germinal en este momento".

El estudio de He, que sigue sin publicarse, es la primera prueba clínica y nacimiento de seres humanos que han sido modificados genéticamente. Esto significa que, ya sea que fuese intencional o no, una nueva era de CRISPR ha comenzado. 

Ya hemos visto cómo CRISPR ha transformado todo el campo de la biología molecular y sus efectos se han hecho sentir en los campos de la biología y la medicina. En seis años, CRISPR pasó de ser una adaptación evolutiva en las bacterias a convertirse en una herramienta de edición genética que podría haber creado los primeros seres humanos con modificación genética. 

A medida que la revolución sigue su paso hacia adelante, los mayores desafíos se encontrarán en la supervisión y regulación de la tecnología, los obstáculos tecnológicos que la ciencia tiene que superar para asegurarse de que la herramienta sea precisa y segura, y las preocupaciones sociales que se enfocan en la manipulación de lo que nos constituye.