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
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| 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
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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