Desarrollo y aplicaciones de crispr-cas9 para la ingeniería del genoma
ResumenEl Premio Nobel de Química 2020 fue concedido a Emmanuelle Charpentier y Jennifer Doudna por el desarrollo de la tecnología de edición génica de repeticiones palindrómicas cortas agrupadas y regularmente interespaciadas/CRISPR (CRISPR/Cas9), que proporcionó nuevas herramientas para la edición génica precisa. Es posible dirigirse a cualquier locus genómico prácticamente utilizando sólo una proteína nucleasa compleja con ARN corto como endonucleasa específica del sitio. Dado que el cáncer está causado por cambios genómicos en las células tumorales, CRISPR/Cas9 puede utilizarse en el campo de la investigación del cáncer para editar genomas con el fin de explorar los mecanismos de la tumorigénesis y el desarrollo. En los últimos años, el sistema CRISPR/Cas9 se ha utilizado cada vez más en la investigación y el tratamiento del cáncer y se han logrado resultados notables. En esta revisión, presentamos el mecanismo y el desarrollo del sistema de edición de genes basado en CRISPR/Cas9. Además, resumimos las aplicaciones actuales de esta técnica para la investigación básica, el diagnóstico y la terapia del cáncer. Además, se discuten las aplicaciones potenciales de CRISPR/Cas9 en los nuevos puntos calientes de la investigación oncológica, y se destacan los retos y las direcciones futuras.
Ejemplos de Crispr
El acrónimo CRISPR se expande en un bocado: clustered regularly interspaced short palindromic repeats. Se identificó por primera vez como una interesante mezcla de elementos repetidos y no repetidos de significado desconocido en Escherichia coli 2 y no despertó mucho interés. Sin embargo, años más tarde, se reconoció la presencia de estos elementos genéticos como un mecanismo de defensa contra los virus invasores en las cepas de Streptococcus thermophilus.3 Al igual que los seres humanos provocan una defensa inmunitaria contra los antígenos utilizando la memoria inmunológica, las bacterias enarbolan una respuesta de defensa contra los fagos invasores almacenando porciones del genoma del virus (denominadas espaciadores) que las atacaron anteriormente. Los espaciadores están intercalados entre un pequeño grupo de repeticiones palindrómicas (CRISPR). A medida que nuevos virus atacan a las bacterias, sus genomas también se incorporan entre las repeticiones agrupadas formando variaciones de los espaciadores. Esta integración marca la primera fase, la de adaptación, en la defensa bacteriana contra los virus.
Aunque se han identificado algunas variaciones del mecanismo de defensa CRISPR para las fases posteriores, el más sencillo y el más utilizado es el sistema de tipo II. En términos sencillos, en la siguiente fase, la de biogénesis del ARN, el ARN CRISPR (ARNcr) transcrito a partir de los espaciadores se empareja con un pequeño ARN transactivador (llamado ARNtr) que es complementario a la secuencia repetida y forma un complejo de ARN dual. Este emparejamiento recluta proteínas específicas asociadas a CRISPR (proteínas Cas), que son endonucleasas, y desencadena la formación de complejos efectores que comprenden el complejo de ARN dual y las proteínas Cas.
Cómo funciona crispr-cas9
A pesar de todo el entusiasmo, los científicos han procedido con cautela, tanteando los puntos fuertes y los escollos de la herramienta, estableciendo las mejores prácticas y debatiendo las consecuencias sociales y éticas de la edición de genes en humanos.
Para protegerse de invasores como los virus, estos microbios capturan fragmentos del ADN del intruso y los almacenan como segmentos llamados CRISPR, o repeticiones palindrómicas cortas agrupadas e intercaladas regularmente. Si el mismo germen intenta atacar de nuevo, esos segmentos de ADN (convertidos en trozos cortos de ARN) ayudan a una enzima llamada Cas a encontrar y cortar el ADN del invasor.
Cuando se descubrió este sistema de defensa, los científicos se dieron cuenta de que tenía las características de una herramienta versátil de edición de genes. En pocos años, varios grupos adaptaron con éxito el sistema para editar prácticamente cualquier sección del ADN, primero en las células de otros microbios y luego en las células humanas.
CRISPR consta de un ARN guía (dispositivo de orientación del ARN, en color morado) y la enzima Cas (azul). Cuando el ARN guía coincide con el ADN objetivo (naranja), Cas corta el ADN. Entonces se puede añadir un nuevo segmento de ADN (verde).
Limitaciones de Crispr/cas
CRISPR-Cas9 no es el primer método del que disponen los científicos para modificar el ADN; sin embargo, es con diferencia el más fácil de utilizar. Con CRISPR-Cas9, la secuencia de crRNA/tracrRNA o un ARN guía artificial indican dónde se puede cortar el ADN. Es relativamente fácil para los científicos producir diferentes variantes de secuencia a partir de moléculas de ARN en el laboratorio. En el pasado, esto implicaba la adaptación de proteínas enteras o partes de proteínas, un proceso considerablemente más complicado que el trabajo con pequeñas moléculas de ARN. Por esta razón, en comparación con todos los métodos disponibles anteriormente, es mucho más fácil “programar” CRISPR-Cas9 en un punto de corte concreto de la cadena de ADN.
Antes de CRISPR-Cas9 ya se conocían varios tipos de endonucleasas (enzimas que pueden cortar el ADN). El descubrimiento de las enzimas de restricción a principios de la década de 1970 anunció una nueva era en la biología molecular. Estas enzimas reconocen secuencias de ADN características y las cortan. Las bacterias y las arqueas también pueden utilizar estas enzimas para localizar ADN extraño y hacerlo inofensivo.