miércoles, 23 de diciembre de 2015

EL "CORTA Y PEGA" GENÉTICO, HITO CIENTÍFICO DE 2015 SEGÚN LA REVITA SCIENCE



Extracción de células madre de un embrión de ratón genéticamente modificado.

Fue la técnica por la que Emmanuelle Charpentier, francesa, y Jennifer Doudna, estadounidense, recibieron este año el premio Princesa de Asturias de Investigación, y ahora la revista Science la eleva al número uno del listado de los descubrimientos científicos del año. No es para menos, la herramienta denominada CRISPR-Cas9, comúnmente conocida como el corta y pega genético, está enamorando a investigadores de todo el mundo por su plasticidad, facilidad de uso y bajo coste. Por eso y porque gracias a este procedimiento ahora están más cerca curar enfermedades para las que no hay terapias o, incluso, prevenirlas en un individuo y en las siguientes generaciones, algo para lo que ya hay recelos éticos porque esto implica actuar sobre el embrión, para modificar su ADN. Pero su aplicación no se limita a la salud sino que también tendrá impacto en el consumo y en la producción de alimentos.


Aunque tendríamos que remontarnos al origen para explicar esta técnica y otras que la precedieron, en este caso vamos a empezar por el final que es el ahora y parte de lo que muchos científicos se atreven a predecir de lo que se podrá hacer con ella en el futuro. "Estas nuevas herramientas nos permiten hacer algo que ni siquiera habíamos soñado: Podemos reproducir una mutación (causante de una enfermedad) de José Ramírez, por poner un ejemplo, en un ratón. Es decir, podemos tener ratones avatares de un paciente y estudiar con ellos qué pasa con esa variación genética y cómo tratarla en esa persona en concreto", explica Lluis Montoliu, del Centro Nacional de Biotecnología (CNB) del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), cuyo laboratorio fue el primero en España en utilizar la CRISPR-Cas9.
Si en algún campo está impactando esta tecnología es en el de las enfermedades raras, señala. "Porque hay muy pocos pacientes y muchas patologías que suelen estar generadas por mutaciones en uno o en varios genes. Antes se necesitaba mucho tiempo para estudiar sólo una de las variaciones del genoma responsables de estas enfermedades pero ahora, en pocas semanas, se puede reproducir la mutación en un ratón y ver qué pasa". El área donde él aplica esta herramienta es en el campo de las enfermedades hipopigmentarias (albinismo) y en las alteraciones visuales asociadas a este trastorno.
No obstante, recuerda el principio de cautela a la hora de transmitir esta información. "Todavía no estamos en el tratamiento de pacientes, pero esta técnica lo acerca mucho más", afirma Montoliu.

Aplicaciones



La CRISPR-Cas9 se inspira en el sistema defensivo de algunas bacterias frente al ataque de otros patógenos. Éstas tienen unas enzimas que diferencia entre el material genético de la bacteria y del virus y destruyen este último. Así, la técnica que ahora destaca Science ha transformado la maquinaria natural de estas bacterias en una herramienta programable que puede cortar cualquier segmento del ADN y sustituirlo, normalmente se busca un trozo con una mutación que altera el funcionamiento de un gen lo que termina produciendo una enfermedad. A través del corta y pega esta herramienta, a modo de un procesador de texto, busca el error y lo corrige.
En el campo de las enfermedades de la sangre producidas por una mutación genética está centrado José Carlos Segovia, Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT). "Estamos aplicando la CRISPR-Cas9 en una deficiencia, una anemia hemolítica crónica por déficit de piruvato quinasa eritrocitaria". En el origen de esta enfermedad está una mutación por lo que están intentando, con esta tecnología, corregir esa alteración y con ella la enfermedad que provoca que, en los pacientes más graves, conlleva la necesidad de recibir una transfusión cada dos o tres semanas.
Hace poco más de tres años que Doudna y Charpentier publicaron en Science la primera evidencia de que la CRISPR-Cas9 era capaz de editar el ADN humano. En este tiempo, han sido muchos los laboratorios que se han lanzado a reproducir estos experimentos y a dar nuevas modificaciones sobre la técnica para mejorarla. De esta manera, si en 2012 se publicaron 126 estudios donde se empleaban esta herramienta, en 2013 ascendieron a 281 para pasar a 601 al año siguiente y cerrar este 2015 (hasta el día de hoy) con 1.238 investigaciones.


La reducción abismal de su coste ha contribuido a esa fiesta de publicaciones. "Las primeras herramientas que servían para actuar sobre el genoma, las meganucleasas, eran el resultado de cuatro o cinco años de trabajo en el laboratorio, su coste -haciendo un cálculo grosero- podría ser de unos 6.000 euros. Después, se comercializaron las Zinc finger nucleasas [otra técnica de edición], que se empezaron a vender por 30.000 euros. Al poco tiempo, salieron las TALEN que redujeron el coste a 10.000 euros y el proceso de desarrollo duraba entre tres y cuatro meses. Ahora, con la CRISPR, en dos o tres semanas y por un precio de 20 o 30 euros, la puedes diseñar en un laboratorio normalito", explica Francisco Martín, investigador principal en el Centro de Genómica e Investigación Oncológica (Genyo) de Pfizer, la Universidad de Granada y la Junta de Andalucía.
Entre los grupos interesados, quienes han adoptado con más celeridad esta tecnología son aquellos que ya hacían terapia genética pero de otra manera: empleaban virus, como si fueran taxis, para portar el gen que querían introducir en el ADN. Esta técnica clásica, que generó problemas de seguridad al inicio de su empleo (provocó cáncer en algunos de los pacientes), ha ido evolucionando en seguridad y ahora es capaz de tratar algunas patologías. Sin embargo, su principal problema es que la partícula viral se inserta en cualquier parte del genoma y no se puede asegurar que no vaya a dar problemas en el futuro o que su resultado perdure en el tiempo.
La terapia génica clásica en humanos no logra integrar los genes elegidos en la región homóloga de la hélice de ADN de las células adultas que no se dividen por lo que, con el tiempo, va perdiendo fuerza. "Eso se ha visto en pacientes que han sido tratados por algún tipo de ceguera. La terapia funciona al principio pero luego va perdiendo eficacia", explica Juan Carlos Izpisúa, uno de los investigadores que, desde su laboratorio en La Jolla, California, también está trabajando con la nueva tecnología de edición genética que, como apuntan todos los investigadores consultados por EL MUNDO, puede suponer un avance sobre la anterior si prueba seguridad, que todo parece indicar que así va a ser.
Como explica Segovia, "todos los que trabajamos en terapia génica pensábamos que nuestro futuro era el que ahora traen las técnicas de edición, es decir, manipular las mutaciones del paciente y convertir el gen enfermo en sano. Ver esto más cerca nos da una ilusión de que ese objetivo parece que va a llegar".
Por su parte, el grupo de Martín está tratando de mejorar la CRISPR-Cas9 para aplicarla a una mutación genética que hace que no se produzca una proteína que es fundamental para el desarrollo del sistema inmunológico y que también genera deficiencia de plaquetas y, por tanto, sangrados en la persona que porta esta variante genética. "Pretendemos reparar la mutación en las células madre hematopoyéticas" porque, como explica, "hay algunas patologías más 'tratables' que otras ya que todavía la eficiencia no es muy alta".

Limitación

Porque el corta y pega genético es eficiente en aquellas células que están en división pero se resiste en las que no se dividen, como son las adultas. Esta herramienta "modifica genes, en realidad bases del ADN, y las reemplaza, para ello [una molécula] se tiene que pegar a ese fragmento del ADN, pero eso sólo lo puede hacer cuando la célula está en división. Ahora, nuestro equipo y muchos otros en el mundo están haciendo modificaciones de la técnica para ver si con ellas logra cortar y pegar los genes en una célula que no se está dividiendo", explica Izpisúa.
Sin embargo, tanto su grupo como el resto están en ese camino. De hecho, el equipo liderado Izpisúa ha conseguido una mejora, todavía no publicada, para editar células de la retina de ratas ciegas que han podido recuperar su visión. A pesar de esto, "nos llevará tiempo ver cómo afecta esta técnica a las regiones cercanas al ADN modificado". Y, el siguiente paso será demostrar que esta modificación de la CRISPR-Cas9 funciona en otras células adultas como las musculares, las del corazón, riñón, cerebro... "Es lo que estamos intentando conseguir. Porque ése es uno de los objetivos que se puede lograr con esta tecnología: curar enfermedades provocadas por una mutación genética, que son muchas".

El debate de los embriones



Aplicar el corta y pega genético a células adultas dañadas por una mutación, es uno de los objetivos que se pueden lograr con esta tecnología pero otro es la prevención. Sin embargo, esta segunda meta es la que más trabas éticas ha despertado porque conlleva la modificación de la línea germinal, es decir, la CRISPR-Cas9 puede corregir el ADN de un óvulo, espermatozoide o embrión, tal y como demostraron investigadores chinos la pasada primavera. El problema es que ahora es mucho más fácil modificar lo más inherente al ser humano y, además, transmitirlo de generación en generación. Eso, unido a que todavía no hay seguridad al 100% de que esta herramienta no genere daños posteriores, ha hecho que se esté debatiendo sus logros, limitaciones y argumentos bioéticos en Estados Unidos y en Europa.
Juan Carlos Izpisúa está al frente de la comisión que debate el empleo de esta técnica en la línea germinal para prevenir la aparición de enfermedades en niños cuyos padres presentan alteraciones genéticas. Hay varias más creadas dentro del marco de la Academia Nacional de las Ciencias de EEUU para tratar de poner los puntos sobre las ies de todo los relacionado con la edición genética. "De momento, sólo ha habido una reunión de cuatro, aunque hubo una parte abierta al público, otra fue cerrada para investigadores, pacientes y políticos. Hasta ahora hemos avanzado poco porque ha sido más organizativa que otra cosa y queda mucho por valorar".
De momento, hasta que no terminen estas reuniones, no se hará público el posicionamiento de estas comisiones y de la Academia de las Ciencias, algo que se prevé que ocurrirá a inicios del próximo verano.
Por otro lado, hay otra comisión que se está realizando en paralelo que analiza los nuevos procedimientos de actuación sobre el ADN mitocondrial, que es responsable, cuando se dan mutaciones en él, de enfermedades muy graves y hereditarias. Hay dos proyectos en marcha que han probado que podrían solucionar estos problemas pero que conllevan un debate ético. Uno es el propuesto por el Reino Unido con la creación de los denominados embriones de tres padres y el otro es el empleo de una herramienta diseñada por el grupo de Izpisúa que ha demostrado en ratones que se puede eliminar el gen mutado y sustituirlo por uno sano.


Carlos Simón , director científico del IVI y la empresa IGENOMIX, explica que "los científicos estamos acostumbrados a las prohibiciones y además somos los que más nos autorregulamos. Creo que hay que hacer todo esto en el marco de la regulación pero hay que permitir la investigación porque es la que genera conocimiento. Si no lo hacemos nosotros, con una legislación que lo permita, lo harán otros en países que no regulen estas técnicas. No todo el mundo funciona globalmente y serán ellos los que tomen el liderazgo. Eso es lo triste".

Fármacos y plantas

Además, y volviendo a la CRISPR, esta tecnología va a permitir acelerar mucho la investigación para el desarrollo de fármacos. En ello se encuentra Marcos Malumbres, investigador del Grupo de División Celular y Cáncer del Centro Nacional de Investigaciones Oncológicas CNIO. "En cáncer, la parte más atractiva es aplicar esta herramienta en la validación de dianas terapéuticas. Antes, analizar una molécula en células humanas o en modelos de animales llevaba entre tres y cinco años. Ahora, tenemos en marcha un proyecto para el próximo año en el que analizaremos cinco moléculas a la vez en 12 meses. Y esto es exponencial, pues si funciona bien, el siguiente año lo intentaremos con 10 a la vez".
Pero Malumbres insiste en que lo que aporta CRISPR al panorama científico es más un salto cuantitativo que cualitativo. "Yo no hablaría de una revolución de la biomedicina. Es una tecnología maravillosa pero hay pocos casos que, a nivel conceptual, no se pudieran hacer antes con las tecnologías previas. CRISPR es el resultado de un trabajo de 10 o 15 años y estoy seguro que en poco tiempo habrá otro procedimiento que lo superará".
Todo lo que traiga debajo del brazo esta técnica no impactará exclusivamente en el ámbito médico. Así lo asegura Francisco Juan Martínez Mójica, investigador del laboratorio en el Departamento de Fisiología, Genética y Microbiología de la Universidad de Alicante y padre de esta herramienta a la que bautizó con el nombre clustered regularly interspaced short palindromic repeats (cortas repeticiones palindrómicas espaciadas agrupadas regularmente) más conocida por sus siglas, CRISPR. "Se puede utilizar en casi cualquier célula y puede modificar plantas para hacerlas resistentes a plagas, al estrés provocado por la salinidad, etc. y solventar el problema del hambre. En animales, se pueden crear cerdos para que produzcan más masa muscular, con fines de consumo. Es terriblemente sencilla de usar. Es increíble".
Como 'alucinante' la definió la propia Charpentier. Otro de los pioneros en esta tecnología, Feng Zhang, del Instituto Broad en Cambridge, en Massachusetts, se ha puesto por objetivo los 20.000 genes que se conocen como integrantes del genoma humano, para seleccionarlos uno a uno en grupos celulares para identificar aquellos involucrados con resistencias a fármacos para tratar el melanoma. Izpisúa, y otros grupos, quieren aplicarla en cerdos para poder hacer crecer en ellos órganos para trasplantes humanos. Otros están probando su efecto en pacientes con VIH para bloquear el receptor de entrada del virus a la célula.
En un futuro que no parece lejano, veremos cómo grupos científicos e industria desarrollarán trigo libre de hongos, tomates que duren en el tiempo, cacahuetes libres de alérgenos, plantaciones para biocombustibles... Como concluye, un artículo que publica Science, "para bien o para mal, ahora todos vivimos en el mundo CRISPR".