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La nueva herramienta CRISPR súper precisa podría abordar una gran cantidad de enfermedades genéticas


El sistema permite a los investigadores un mayor control sobre los cambios en el ADN, lo que puede abrir condiciones que han desafiado a los editores de genes.


Heidi Ledford


A pesar de la facilidad con la que la popular herramienta de edición de genes CRISPR-Cas9 altera los genomas, todavía es algo torpe y propensa a errores y efectos no deseados. Ahora, una alternativa desarrollada recientemente ofrece un mayor control sobre las ediciones del genoma, un avance que podría ser particularmente importante para el desarrollo de terapias genéticas.

El método alternativo, llamado edición principal, mejora las posibilidades de que los investigadores terminen solo con las ediciones que desean, en lugar de una combinación de cambios que no pueden predecir . La herramienta, descrita en un estudio publicado el 21 de octubre en Nature 1 , también reduce los efectos «fuera del objetivo» que son un desafío clave para algunas aplicaciones del sistema estándar CRISPR-Cas9. Eso podría hacer que las terapias genéticas basadas en la edición principal sean más seguras para su uso en personas.

La herramienta también parece capaz de hacer una variedad más amplia de ediciones, lo que algún día podría permitir que se use para tratar las muchas enfermedades genéticas que hasta ahora han obstaculizado a los editores de genes. David Liu , biólogo químico en el Broad Institute of MIT y Harvard en Cambridge, Massachusetts y autor principal del estudio, estima que la edición principal podría ayudar a los investigadores a abordar casi el 90% de las más de 75,000 variantes de ADN asociadas a la enfermedad que figuran en ClinVar, un público base de datos desarrollada por los Institutos Nacionales de Salud de EE. UU.

La especificidad de los cambios de los que es capaz esta última herramienta también podría facilitar que los investigadores desarrollen modelos de enfermedades en el laboratorio o que estudien la función de genes específicos, dice Liu.

«Es temprano, pero los resultados iniciales se ven fantásticos», dice Brittany Adamson, quien estudia la reparación de ADN y la edición de genes en la Universidad de Princeton en Nueva Jersey. «Vas a ver a muchas personas usándolo».

Es posible que la edición principal no pueda realizar las grandes inserciones o eliminaciones de ADN que CRISPR-Cas9 es capaz de hacer, por lo que es poco probable que reemplace por completo la herramienta de edición bien establecida, dice el biólogo molecular Erik Sontheimer de la Facultad de Medicina de la Universidad de Massachusetts en Worcester. . Esto se debe a que para la edición principal, el cambio que un investigador quiere hacer está codificado en una cadena de ARN. Cuanto más larga sea esa hebra, más probabilidades hay de que sea dañada por las enzimas en la célula.

«Todavía se necesitarán diferentes sabores de las plataformas de edición del genoma para diferentes tipos de ediciones», dice Sontheimer.

Pero la edición principal parece ser más precisa y versátil que otras alternativas CRISPR desarrolladas hasta ahora . Estas incluyen versiones modificadas de CRISPR-Cas9 que permiten a los investigadores intercambiar una letra de ADN por otra, y herramientas más antiguas, como las nucleasas con dedos de zinc, que son difíciles de adaptar a cada edición deseada.

Libertad a través del control

CRISPR – Cas9 y la edición principal funcionan cortando el ADN en un punto específico del genoma. CRISPR-Cas9 rompe ambas cadenas de la doble hélice de ADN y luego se basa en el propio sistema de reparación de la célula para reparar el daño y realizar las ediciones. Pero ese sistema de reparación no es confiable y puede insertar o eliminar letras de ADN en los puntos donde se cortó el genoma. Esto puede conducir a una mezcla incontrolable de ediciones que varían entre las celdas.

Además, incluso cuando los investigadores incluyen una plantilla para guiar cómo se edita el genoma, el sistema de reparación de ADN en la mayoría de las células es mucho más probable que realice esas pequeñas inserciones o deleciones aleatorias que agregar una secuencia de ADN específica al genoma. Eso hace que sea difícil, y en algunos casos, casi imposible, que los investigadores usen CRISPR-Cas9 para sobrescribir una pieza de ADN con una secuencia de su elección.

La edición principal evita estos problemas (consulte ‘Editor de precisión’). Aunque también utiliza Cas9 para reconocer secuencias de ADN específicas, al igual que CRISPR-Cas9, la enzima Cas9 en la herramienta de edición principal se modifica para cortar una sola hebra de ADN. Luego, una segunda enzima llamada transcriptasa inversa y guiada por una cadena de ARN, realiza las ediciones en el sitio del corte.

Las enzimas de edición principales no tienen que romper ambas cadenas de ADN para realizar cambios, lo que libera a los investigadores de depender del sistema de reparación de ADN de la célula, que no pueden controlar, para realizar las ediciones que desean. Esto significa que la edición principal podría permitir el desarrollo de tratamientos para enfermedades genéticas causadas por mutaciones que las herramientas de edición de genes existentes no pueden abordar fácilmente.

Una herramienta multipropósito

Anteriormente, los investigadores, incluido Liu, pensaban que tendrían que desarrollar herramientas de edición de genes específicas para cada categoría de cambio que quisieran hacer en un genoma: inserciones, deleciones o sustituciones de letras de ADN. Y las opciones eran limitadas a la hora de hacer sustituciones precisas.

Una técnica más antigua, llamada edición base , que es comparable en precisión a la edición principal, convierte químicamente una letra de ADN directamente en otra, algo que CRISPR-Cas9 no puede hacer, como convertir una T en una A o una G en una C, sin romper ambas cadenas de ADN 2 . Desarrollado por Liu, la edición de bases podría ser útil para corregir algunas enfermedades genéticas causadas por mutaciones de una sola letra, incluida la forma más común de anemia falciforme.

Pero la edición de bases no puede ayudar con los trastornos genéticos causados ​​por mutaciones de varias letras, como la enfermedad de Tay-Sachs, una enfermedad generalmente mortal causada por la inserción de cuatro letras de ADN en el gen HEXA .

Entonces, Liu y sus colegas se propusieron crear una herramienta precisa de edición de genes que les brindara a los investigadores la flexibilidad y el control para realizar múltiples tipos de ediciones sin tener que crear sistemas a medida. En 2018, el equipo llegó a la edición principal: una combinación de enzimas, incluida una enzima Cas9 modificada, que podría cambiar letras de ADN individuales, eliminar letras o insertar una serie de letras en un genoma, con un daño mínimo a las cadenas de ADN.

«Es fantástico», dice Sontheimer. “La amplitud de las mutaciones que se pueden introducir es uno de los mayores avances. Eso es enorme.»

Pero el equipo de Liu y otros ahora deberán evaluar cuidadosamente qué tan bien funciona el sistema en una variedad de células y organismos. «Este primer estudio es solo el comienzo, más que el final, de una aspiración de larga data en las ciencias de la vida para poder hacer cualquier cambio de ADN en cualquier posición en un organismo», dice Liu.

Naturaleza 574 , 464-465 (2019)doi: 10.1038 / d41586-019-03164-5

Referencias

1)Anzalone, AV y col. Naturaleza https://doi.org/10.1038/s41586-019-1711-4 (2019).

2)Komor, AC y col. Nature 533 , 420-424 (2016).


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