Los muchos usos de CRISPR: los científicos lo cuentan todo

Teléfonos inteligentes, superpegamento, autos eléctricos, video chat. ¿Cuándo desaparece la maravilla de una nueva tecnología? ¿Cuando te acostumbras tanto a su presencia que ya no piensas en ella? ¿Cuándo surge algo más nuevo y mejor? ¿Cuándo olvidas cómo eran las cosas antes?

Cualquiera que sea la respuesta, la tecnología de edición de genes CRISPR aún no ha llegado a ese punto. Diez años después de que Jennifer Doudna y Emmanuelle Charpentier presentaran por primera vez su descubrimiento de CRISPR, ha permanecido en el centro de ambiciosos proyectos científicos y complicadas discusiones éticas. Continúa creando nuevas vías de exploración y revigorizando viejos estudios. Los bioquímicos lo usan, y también lo hacen otros científicos: entomólogos, cardiólogos, oncólogos, zoólogos, botánicos.

Para estos investigadores, parte de la maravilla sigue ahí. Pero la emoción de la novedad total ha sido reemplazada por posibilidades abiertas y proyectos en curso. Éstos son algunos de ellos.

Cathie Martin, botánica del Centro John Innes en Norwich, Inglaterra, y Charles Xavier, fundador del equipo de superhéroes X-Men: Ambos aman a los mutantes.

Pero mientras que el Profesor X tiene afinidad por los mutantes humanos con superpoderes, el Dr. Martin es partidario del tipo rojo y jugoso. “Siempre ansiamos mutantes, porque eso nos permitió comprender la funcionalidad”, dijo la Dra. Martin sobre su investigación, que se enfoca en los genomas de las plantas con la esperanza de encontrar formas de hacer que los alimentos, especialmente los tomates en su caso, sean más saludables, más robustos y más largos. perdurable.

Cuando apareció CRISPR-Cas9, uno de los colegas del Dr. Martin se ofreció a hacerle un tomate mutante como regalo. Ella se mostró algo escéptica, pero le dijo: “Me gustaría un tomate que no produzca ácido clorogénico”, una sustancia que se cree que tiene beneficios para la salud; tomates sin él no se habían encontrado antes. La Dra. Martin quería eliminar lo que creía que era la secuencia genética clave y ver qué pasaba. Pronto, un tomate sin ácido clorogénico estaba en su laboratorio.

En lugar de buscar mutantes, ahora era posible crearlos. “Obtener esos mutantes fue muy eficiente y maravilloso, porque nos dio la confirmación de todas estas hipótesis que teníamos”, dijo el Dr. Martin.

Más recientemente, los investigadores del laboratorio del Dr. Martin utilizaron CRISPR para crear una planta de tomate que puede acumular vitamina D cuando se expone a la luz solar. Solo un gramo de las hojas contenía 60 veces el valor diario recomendado para adultos.

El Dr. Martin explicó que CRISPR podría usarse en un amplio espectro de modificaciones de alimentos. Potencialmente, podría eliminar los alérgenos de las nueces y crear plantas que usen el agua de manera más eficiente.

“No pretendo que lo que hicimos con la vitamina D resuelva ningún problema de inseguridad alimentaria”, dijo el Dr. Martin, “pero es solo un buen ejemplo. A la gente le gusta tener algo a lo que puedan aferrarse, y esto está ahí. No es una promesa.

Enfermedad infecciosa

Christian Happi, biólogo que dirige el Centro Africano de Excelencia para la Genómica de Enfermedades Infecciosas en Nigeria, ha pasado su carrera desarrollando métodos para detectar y contener la propagación de enfermedades infecciosas que se propagan a los humanos desde los animales. Muchas de las formas existentes de hacerlo son costosas e imprecisas.

Por ejemplo, para realizar una prueba de reacción en cadena de la polimerasa, o PCR, necesita “ir a extraer ARN, tener una máquina que cueste $60,000 y contratar a alguien que esté especialmente capacitado”, dijo el Dr. Happi. Es costoso y logísticamente inverosímil llevar este tipo de pruebas a la mayoría de las aldeas remotas.

Recientemente, el Dr. Happi y sus colaboradores utilizaron la tecnología CRISPR-Cas13a (un pariente cercano de CRISPR-Cas9) para detectar enfermedades en el cuerpo al enfocarse en secuencias genéticas asociadas con patógenos. Pudieron secuenciar el virus SARS-CoV-2 un par de semanas después de que la pandemia llegara a Nigeria y desarrollar una prueba que no requirió equipo en el lugar ni técnicos capacitados, solo un tubo para escupir.

“Si está hablando del futuro de la preparación para una pandemia, eso es de lo que está hablando”, dijo el Dr. Happi. “Me gustaría que mi abuela usara esto en su pueblo”.

La prueba de diagnóstico basada en CRISPR funciona bien en condiciones de calor, es bastante fácil de usar y cuesta una décima parte de una prueba de PCR estándar. Aún así, el laboratorio del Dr. Happi evalúa continuamente la precisión de la tecnología y trata de persuadir a los líderes de los sistemas de salud pública africanos para que la adopten.

Llamó a su propuesta una que “es más barata, más rápida, que no requiere equipo y puede llevarse a los rincones más remotos del continente. Esto permitiría que África ocupara lo que yo llamo su espacio natural”.

Enfermedad hereditaria

Al principio existía la nucleasa con dedos de zinc.

Esa fue la herramienta de edición de genes que Gang Bao, un ingeniero bioquímico de la Universidad de Rice, utilizó por primera vez para tratar de tratar la enfermedad de células falciformes, un trastorno hereditario caracterizado por glóbulos rojos deformados. Le tomó al laboratorio del Dr. Bao más de dos años de desarrollo, y luego la nucleasa con dedos de zinc pudo cortar con éxito la secuencia de células falciformes solo alrededor del 10 por ciento del tiempo.

Otra técnica tomó otros dos años y fue solo un poco más efectiva. Y luego, en 2013, poco después de que se usara CRISPR para editar con éxito genes en células vivas, el equipo del Dr. Bao cambió de rumbo nuevamente.

“Desde el principio hasta tener algunos resultados iniciales, CRISPR nos tomó como un mes”, dijo el Dr. Bao. El método cortó con éxito la secuencia objetivo alrededor del 60 por ciento del tiempo. Era más fácil de hacer y más eficaz. “Fue simplemente increíble”, dijo.

El siguiente desafío fue determinar los efectos secundarios del proceso. Es decir, ¿cómo afectó CRISPR a los genes que no estaban siendo atacados deliberadamente? Después de una serie de experimentos en animales, el Dr. Bao se convenció de que el método funcionaría para los humanos. En 2020, la Administración de Alimentos y Medicamentos aprobó un ensayo clínico, dirigido por el Dr. Matthew Porteus y su laboratorio en la Universidad de Stanford, que está en curso. Y también hay esperanza de que con la versatilidad de CRISPR, pueda usarse para tratar otras enfermedades hereditarias. Al mismo tiempo, otros tratamientos que no se han basado en la edición de genes han tenido éxito para la anemia falciforme.

El Dr. Bao y su laboratorio todavía están tratando de determinar todos los efectos secundarios y terciarios del uso de CRISPR. Pero el Dr. Bao es optimista de que pronto estará disponible un tratamiento de edición de genes seguro y eficaz para la anemia falciforme. ¿Que tan pronto? “Creo que otros tres a cinco años”, dijo, sonriendo.

Cardiología

Es difícil cambiar el corazón de alguien. Y eso no es solo porque a menudo somos tercos y estancados en nuestros caminos. El corazón genera nuevas células a un ritmo mucho más lento que muchos otros órganos. Los tratamientos que son efectivos en otras partes de la anatomía humana son mucho más desafiantes para el corazón.

También es difícil saber lo que hay en el corazón de alguien. Incluso cuando se secuencia un genoma completo, a menudo hay una serie de segmentos que siguen siendo un misterio para los científicos y los médicos (llamados variantes de significado incierto). Un paciente puede tener una afección cardíaca, pero no hay forma de relacionarlo definitivamente con sus genes. “Está atascado”, dijo el Dr. Joseph Wu, director del Instituto Cardiovascular de Stanford. “Entonces, tradicionalmente, solo esperaríamos y le diríamos al paciente que no sabemos qué está pasando”.

Pero en los últimos dos años, el Dr. Wu ha estado usando CRISPR para ver qué tipo de efectos tiene la presencia y ausencia de estas desconcertantes secuencias en las células del corazón, simuladas en su laboratorio con células madre pluripotentes inducidas generadas a partir de la sangre. Al eliminar genes particulares y observar los efectos, el Dr. Wu y sus colaboradores han podido establecer vínculos entre el ADN de pacientes individuales y la enfermedad cardiaca.

Pasará mucho tiempo antes de que estas enfermedades puedan ser tratadas con CRISPR, pero el diagnóstico es un primer paso. “Creo que esto tendrá un gran impacto en términos de medicina personalizada”, dijo el Dr. Wu, quien mencionó que encontró al menos tres variantes de significado incierto cuando secuenció su propio genoma. “¿Qué significan estas variantes para mí?”

El sorgo se usa en pan, alcohol y cereales en todo el mundo. Pero no ha sido diseñado comercialmente en la misma medida que el trigo o el maíz y, cuando se procesa, a menudo no es tan sabroso.

Karen Massel, biotecnóloga de la Universidad de Queensland en Australia, vio bastante margen de mejora cuando comenzó a estudiar la planta por primera vez en 2015. Y debido a que millones de personas comen sorgo en todo el mundo, “si haces un pequeño cambio, puedes tener un gran impacto”, dijo.

Ella y sus colegas han usado CRISPR para tratar de hacer que el sorgo sea tolerante a las heladas, para que sea tolerante al calor, para alargar su período de crecimiento, para cambiar su estructura de raíz: “usamos la edición de genes en todos los ámbitos”, dijo.

Esto no solo podría conducir a cereales más deliciosos y saludables, sino que también podría hacer que las plantas sean más resistentes al cambio climático, dijo. Pero todavía no es una tarea fácil editar con precisión los genomas de los cultivos con CRISPR.

“La mitad de los genes que eliminamos, simplemente no tenemos idea de lo que hacen”, dijo el Dr. Massel. “En el momento en que tratamos de entrar y jugar a ser Dios, nos damos cuenta de que estamos un poco fuera de lugar”. Pero, al usar CRISPR combinado con técnicas de reproducción más tradicionales, el Dr. Massel es optimista, a pesar de que se describe a sí mismo como pesimista. Y espera que nuevos avances conduzcan a la comercialización de alimentos modificados genéticamente, haciéndolos más accesibles y más aceptables.

En 2012, una niña de 6 años padecía leucemia linfoblástica aguda. La quimioterapia no había tenido éxito y el caso estaba demasiado avanzado para un trasplante de médula ósea. No parecía haber ninguna otra opción, y los médicos de la niña le dijeron a sus padres que regresaran a casa.

En cambio, fueron al Children’s Hospital of Philadelphia, donde los médicos usaron un tratamiento experimental llamado terapia de células T con receptor de antígeno quimérico (CAR, por sus siglas en inglés) para convertir los glóbulos blancos de la niña en contra del cáncer. Diez años después, la niña está libre de cáncer.

Desde entonces, el Dr. Carl June, profesor de medicina de la Universidad de Pensilvania que ayudó a desarrollar la terapia de células T con CAR, y sus colaboradores, incluido el Dr. Ed Stadtmauer, hematólogo y oncólogo de Penn Medicine, han estado trabajando para mejorarla. Eso incluye el uso de CRISPR, que es la herramienta más simple y precisa para editar células T fuera del cuerpo. El Dr. Stadtmauer, que se especializa en el tratamiento de varios tipos de cánceres de la sangre y del sistema linfático, dijo que “más o menos en la última década se ha producido una revolución en el tratamiento de estas enfermedades; ha sido gratificante y emocionante”.

En los últimos dos años, el Dr. Stadtmauer ayudó a realizar un ensayo clínico en el que se insertaron células T que se sometieron a una importante edición CRISPR en pacientes con cánceres resistentes al tratamiento. Los resultados fueron prometedores.

“Los pacientes que tenían pronósticos muy sombríos ahora están mucho mejor y algunos se están curando”, dijo el Dr. Stadtmauer. Continuó monitoreando a los pacientes y descubrió que las células T editadas todavía están presentes en la sangre, listas para atacar las células tumorales en caso de una recaída.

El beneficio real es que los científicos ahora saben que los tratamientos asistidos por CRISPR son posibles.

“Aunque es realmente una especie de bioquímica y ciencia de ciencia ficción, la realidad es que el campo se ha movido tremendamente”, dijo el Dr. Stadtmauer. Agregó que estaba menos entusiasmado con la ciencia que con lo útil que se había vuelto CRISPR. “Todos los días veo a unos 15 pacientes que me necesitan”, dijo. “Eso es lo que me motiva”.