Se había asumido que los genes desactivados mediante CRISPR estaban silenciados, pero parece ser que no es así

Por Claire Robinson, 11 de enero de 2020

GMWatch

Champiñón resistente al ennegrecimiento, desarrollado mediante la herramienta de edición de genes CRISPR, aprobado para su comercialización en los Estados Unidos. Imagen: espaciociencia.com

A los efectos no deseados de la herramienta de edición genética CRISPR-Cas9, ahora hay que añadir uno nuevo que puede tener serias consecuencias para la seguridad alimentaria. Un reciente estudio ha encontrado que CRISPR-Cas9 no silencia aquellos genes que se pretende desactivar, siguiendo estos genes produciendo proteínas, es decir, siguen siendo funcionales. Esto supone que las plantas editadas genéticamente podrían ser tóxicas o contener alérgenos.

Esto supone que las plantas sometidas a la edición de sus genes mediante CRISPR, caso del champiñón resistente al ennegrecimiento, que no está sometido a regulación en los EE.UU, debería pasar mayores controles de seguridad, ya que puede contener proteínas y compuestos que ponen en riesgo la seguridad alimentaria.

Antecedentes

Cada célula de un organismo contiene genes que codifican proteínas, construyendo las estructuras de nuestro cuerpo, realizando la digestión de los alimentos o la percepción del medio ambiente. De todos modos, se desconoce la función de muchas proteínas producidas por algunos genes. Los investigadores, para saber cuál es su funcionalidad, lo que hacen es desactivar un gen y ver las consecuencias de este “golpe de gracia”.

La aparición de la herramienta de edición de genes CRISPR-Cas9 ha permitido a los científicos la deleción de genes de una manera mucha más fácil de lo que se hacía hasta ahora. CRISPR-Cas9 realiza un corte en la doble cadena de ADN para desactivar un gen, el cual se creía que ya no era funcional, de modo que al observar lo que sucedía en las células podían deducir que función tenía dicho gen.

Los científicos estaban equivocados

Como se explica en un artículo publicado en The Wire, la enzima Cas9 busca en el ADN una secuencia específica mediante la utilización de una guía de ARN y realizar el corte donde encuentre coincidencias. La célula trata de reparar el gen partido en dos, pero a veces el resultado da en longitudes variables de bases de ADN, que se eliminan o se añaden. El artículo de The Wire dice: “Muchos científicos asumen que si falta un trozo de un gen entonces no codificará la proteína, no se producirá, pero en muchos casos están muy equivocados”.

En el artículo se cita un estudio realizado por investigadores del Laboratorio Europeo de Biología Molecular de Heidelberg, Alemania, que explica el porqué: utilizando células HAP1, una línea de células humanas empleadas en investigación biomédica y genética, se les aplicó la herramienta CRISPR para realizar cortes en 136 genes diferentes. En torno a un tercio de los casos, los genes cortados siguieron produciendo proteínas, y muchas de las proteínas siguieron siendo al menos parcialmente funcionales.

¿Qué implicaciones tiene esto para la edición de genes?

El Dr. Michael Antoniou, genetista molecular, explicó las consecuencias del nuevo estudio en el contexto de la modificación genética de las plantas: “Se han realizado cientos o miles de deleciones de genes mediante CRISPR en las plantas, y otras que se tienen planeadas en el futuro. Este estudio viene a decir que un tercio de las deleciones de genes realizadas mediante la herramienta CRISPR no fueron completas, sino sólo parciales. Incluso en algunos casos no se produjo ninguna reducción en la expresión de los genes, ya que la proteína seguía siendo completamente funcional”.

“Resulta preocupante que los resultados más frecuentes hayan sido el del truncamiento de la proteína original o el de proteínas con una deleción central de su estructura. Estas proteínas mutadas podrían, al menos parcialmente, seguir siendo funcionales, o incluso podrían tener una nueva función, con consecuencias desconocidas”.

“Estas proteínas mutadas podrían, al menos parcialmente, seguir siendo funcionales, o incluso podrían tener una nueva función, con consecuencias desconocidas”.

El Dr. Antoniou sigue diciendo:

“Los cultivos y los alimentos provenientes de ellos que han sido editados genéticamente mediante deleciones genéticas realizadas por CRISPR podrían dar lugar a una bioquímica alterada que podría llevar a la producción de nuevas toxinas o alérgenos, o que la propia proteína pudiera tener propiedades tóxicas o alergénicas”.

¿La caracterización sistemática de la expresión de las proteínas resolverá los problemas?

Los autores del nuevo estudio concluyen su trabajo diciendo: “Nuestros resultados vienen a decir que es necesaria una caracterización sistemática de la expresión o función residual de la proteína sometida a una deleción mediante CRISPR-Cas9 para la interpretación del fenotipo”.

El Dr. Antoniou explica: “Para que los ingenieros genéticos puedan llevar a cabo esta caracterización deberían realizar primero un perfil molecular completo de la planta editada y así obtener una imagen más detallada de las consecuencias de la edición mediante CRISPR, incluyendo cualquier riesgo para el medio ambiente o la salud de los consumidores”. “Si se realizara dicho perfil es probable que encontraran diferencias no intencionadas en la planta editada, de modo que no sería sustancialmente equivalente a la planta madre no editada genéticamente. Por lo tanto, debe exigirse una evaluación exhaustiva de la toxicidad y la alergenicidad, incluyendo estudios de alimentación animal a largo plazo”.

Pero esto es algo que nunca ha hecho la industria con ningún alimento o cultivo transgénico. Los pocos estudios de alimentación a largo plazo que se han hecho los han realizado científicos que no trabajan para la industria.

El nuevo estudio se ha basado en otros anteriores

Este nuevo estudio está basado en las anteriores observaciones de Tuladhar y sus colaboradores, que ya descubrieron que en el 50% de las líneas celulares de mamíferos que habían sido investigadas, las deleciones realizadas mediante CRISPR resultaron en un código genética alterado que dio en la producción de un ARNm y/o proteínas extraños.

Este nuevo estudio revela mecanismos adiciones a través de los cuales pueden darse resultados indeseables en el sitio previsto de edición, con consecuencias desconocidas.

Se debe investigar la seguridad de los champiñones resistentes al ennegrecimiento

El descubrimiento de que pueden darse resultados no deseables en el sitio de edición viene a decir que las plantas editadas mediante CRISPR, caso del champiñón resistente al ennegrecimiento, que no está sometido a regulación en los EE.UU, debe ser objeto de un extenso control de seguridad. Este champiñón sufrió la eliminación de uno de los seis genes que codifican el efecto de ennegrecimiento una vez que ha sido cortado.

El desarrollador de este champiñón, Yinong Yang de la Universidad Estatal de Pennsylvania, Estados Unidos, insistió en que no debía estar sometido a regulación ya que estaba libre de transgenes (genes de otros organismos que han sido insertados) y sólo contenía “parciales eliminaciones en un gen específico”. Sin embargo, ahora se hace evidente que Yang y las agencias de regulación estadounidenses deben realizar nuevas revisiones de seguridad. Una “parcial deleción” de un solo gen, que en principio parecía algo inocuo, puede haber llevado a la producción de proteínas extrañas y a la alteración de la bioquímica, planteándose un riesgo de seguridad alimentaria. Una búsqueda en Internet no ha encontrado pruebas de que Yang haya realizado investigaciones exhaustivas que demuestren la seguridad del champiñón para su consumo.

“Una “parcial deleción” de un solo gen, que en principio parecía algo inocuo, puede haber llevado a la producción de proteínas extrañas y a la alteración de la bioquímica, planteándose un riesgo de seguridad alimentaria”.

El nuevo estudio también muestra que la decisión de Australia de desregular los organismos sometidos a la edición de los genes SDN-1, lo cual implica la deleción de este tipo de genes y la posterior unión de los extremos cortados del ADN mediante los mecanismos de reparación de la célula, no es defendible científicamente. Esto se debe a que mínimas deleciones de unas pocas bases de ADN, realizadas con el objetivo de desactivar un gen, pueden dar lugar a la producción de toxinas y alérgenos.

Una mayor precisión de la herramienta CRISPR no va a resolver los problemas

El Dr. Antoniou explicó que los descubrimientos de este nuevo estudio, así como las anteriores observaciones de Tuladhar y sus colaboradores, muestran que los efectos no deseados se producen en el lugar donde se realiza la edición de genes y después de que la deleción se ha llevado a cabo, es decir, que las proteínas mutadas se producen después de la edición. Dijo: “Estos efectos son independientes de la herramienta de edición de genes y del procedimiento de edición que se utilice. Por lo tanto, no importa si una herramienta es más o menos precisa, los resultados problemáticos son inevitables. No hay manera de evitar estos problemas porque surgen de las propiedades innatas de la biología molecular básica de la expresión génica”.

“… no importa si una herramienta es más o menos precisa, los resultados problemáticos son inevitables. No hay manera de evitar estos problemas porque surgen de las propiedades innatas de la biología molecular básica de la expresión génica”.

“Por lo tanto, los investigadores que utilicen CRISPR para deleción de genes deben hacerlo con una precaución extrema, no sólo en el ámbito médico, sino también en el agrícola”.

El nuevo estudio:

“La plasticidad biológica recupera la actividad de los objetivos en las deleciones realizadas por CRISPR”.

Smits AH et al (2019). Nature Methods volume 16, pages1087–1093(2019)
https://www.nature.com/articles/s41592-019-0614-5

Resumen

Las deleciones de genes han sido diseñadas de manera eficiente mediante la herramienta de edición de genes CRISPR-Cas9. La eficiencia de la edición de genes se verifica fácilmente mediante la secuenciación del ADN, pero ha faltado estudiar las consecuencias de la deleción de las proteínas. Hemos diseñado una estrategia experimental que combina la secuenciación de ARN y la espectrometría de masas de triple etapa para caracterizar las 193 deleciones verificadas que se dirigen a 136 genes distintos mediante CRISPR en las células HAP1. Observamos la expresión residual de la proteína en cerca de un tercio de las deleciones realizadas, e identificamos dos mecanismos causales, la reiniciación de la traducción que conduce a proteínas objetivo truncadas o a la omisión del exón editado que lleva a isoformas de proteínas con deleciones en su secuencia. El análisis detallado de tres objetivos, BRD4, DNMT1 y NGLY1, reveló que se mantenía parcialmente la función de la proteína. Nuestros resultados implican que es necesaria la caracterización sistemática de la expresión o función de la proteína residual de las deleciones realizadas mediante CRISPR-Cas9 para la interpretación del fenotipo.

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