Por Jonathan Latham, 26 de febrero de 2020
La herramienta estándar de edición de genes, CRISPR-Cas9, produce
con frecuencia un tipo de mutación del ADN que los análisis
genéticos ordinarios pasan por alto, según afirma una nueva
investigación publicada en la revista Proceedings of the National
Academy of Sciences (PNAS). Al describir estos hechos, los
investigadores calificaron tales descuidos como "serios
escollos" de la edición genética (Skryabin
et al., 2020). En definitiva, los nuevos resultados sugieren que
la edición genética es más propensa a los errores de lo que se
piensa y, además, que la identificación y la eliminación de los
resultados defectuosos e indeseados no es tan fácil como se supone
generalmente.
Tomado originalmente de la bacteria Streptococcus pyogenes,
CRISPR-Cas9 es un sistema de cortado y selección de ADN. CRISPR
significa repeticiones palindrómicas cortas agrupadas e
interrelacionadas regularmente y se refiere a la molécula de ARN que
es el componente objetivo del sistema. Este ARN CRISPR también se
conoce a veces como el ARN guía. El componente Cas9 es una nucleasa,
es decir, una enzima que corta el ADN. Así, en el proceso de
edición, la enzima Cas9 es guiada al sitio de corte previsto por
CRISPR.
Existen otros métodos de edición de genes (por ejemplo, Zn Finger
(dedo de zinc),
TALEN). Sin
embargo, debido a la flexibilidad de su mecanismo de selección de
ARN, CRISPR en particular ha suscitado un enorme entusiasmo en los
sectores de la biotecnología y la investigación agrícola.
CRISPR se ha utilizado principalmente para realizar mutaciones
genéticas o para insertar ADN extraño en los lugares deseados del
genoma. No obstante, también se han planteado otras aplicaciones,
como la genética dirigida (gene drives). A pesar de la expectación,
como
ha resumido Amigos de la Tierra, sólo se puede encontrar en el
mercado un pequeño número de productos comerciales editados
genéticamente.
Sin embargo, en muchos de sus usos, la edición genética con CRISPR
no es lo suficientemente precisa y una gran cantidad de
investigaciones está actualmente orientada a corregir este problema.
Gran parte de la falta de precisión de CRISPR se deriva del hecho de
que, aunque se llama "edición", CRISPR y las técnicas
relacionadas sólo cortan las enzimas. No realizan ninguna
reparación del ADN. Esto significa que cuando se repara el ADN en el
lugar del corte (y el corte debe ser reparado para que la célula
sobreviva) está fuera del control del experimentador. Por lo tanto,
diez eventos de edición diferentes darán lugar a diez mutaciones
diferentes en el mismo lugar del genoma.
Así, a un nivel muy básico, es probable que cada mutación
producida en el sitio objetivo sea única. Incluso hasta el extremo,
como informamos, de que ADN de otras especies puede acabar
incorporándose de forma inesperada al genoma editado.
Para añadir a esta incertidumbre, las diferentes ubicaciones del
genoma, los diferentes tipos de células, las diferentes especies, y
las diferentes versiones de CRISPR, pueden influir en los tipos de
alteración genética presentes en el sitio objetivo.
En algunas de sus aplicaciones -principalmente en la investigación
básica- la falta de precisión de este tipo no es forzosamente un
problema importante. Por ejemplo, en la mejora de los cultivos, las
células u organismos que contienen alteraciones indeseables o
mutaciones fuera de objetivo pueden, en teoría, ser detectadas y
descartadas.
Pero en muchas aplicaciones, principalmente en medicina y productos
comerciales, sólo se admite una precisión exhaustiva por razones de
seguridad. La edición imprecisa de células humanas en un ensayo de
terapia genética temprana dio lugar una vez a que 2 de los 11 niños
tratados desarrollaran leucemia debido a efectos fuera de objetivo y
provocó el cese del estudio.
La cuestión de si los investigadores y/o los desarrolladores de
organismos editados podrían detectar y descartar adecuadamente las
mutaciones no deseadas es una preocupación candente. Recombinetics
es una empresa comercial que, en 2016, creó una vaca sin cuernos
que, según afirmaba, era el resultado previsto de una cuidadosa
edición genética. Pero los investigadores de la FDA que examinaron
los datos de la secuencia de ADN de la propia empresa pudieron
demostrar posteriormente que ambos terneros editados
independientemente contenían, en el lugar de la edición, genes
enteros de resistencia a los antibióticos (Norris
et al., 2020).
Sin embargo, cuando la FDA pudo comprobarlo, la descendencia de los
terneros ya se había incorporado a un programa de cría en Brasil.
Este programa de cría ha sido suspendido.
La nueva investigación del PNAS, publicada el 12 de febrero, aborda
directamente si los investigadores que utilizan CRISPR pueden, de
hecho, detectar ediciones aberrantes.
Los investigadores alemanes y chinos editaron ovocitos de ratón (es
decir, embriones) con el proceso añadido (comparado con el simple
corte) de agregar un tramo de ADN (el ADN del donante) que esperaban
que se integrara en el lugar de corte.
Lo que encontraron casualmente, sin embargo, es que, en un alto
porcentaje de los sitios objetivo, se produjeron complejas
inserciones del ADN deseado. En lugar de integrar simplemente copias
individuales del ADN del donante en el lugar del corte, las
integraciones de ADN eran generalmente conjuntos de múltiples copias
de cabeza a cola. Como se afirma en el documento:
“En general, llegamos a la conclusión de que la integración
repetitiva de cabeza a cola de la plantilla de ADN del donante es un
subproducto común del proceso de edición del genoma basado en el
HDR con mediación de CRISPR-Cas9, independientemente del tamaño de
la plantilla de ADN del donante, de la composición de la secuencia o
de la estructura de la plantilla (dsDNA o ssDNA)”.
Por "común" los investigadores quisieron decir que, en un
experimento, entre 34 ratones editados, seis contenían inserciones
de cabeza a cola. En otros experimentos, 30 de 49 ratones contenían
inserciones de cabeza a cola.
En otras palabras, las complejas y aberrantes inserciones de ADN
fueron resultados comunes. Es importante señalar que se produjeron
en diversos experimentos, lo que significa que esto parece ser cierto
independientemente de qué ADN se insertó o en qué tramo del genoma
se insertó. Esto en sí mismo es un descubrimiento muy
significativo.
Sin embargo, aún más sorprendente es que estos complejos
reordenamientos genéticos rara vez fueron detectados por los métodos
analíticos estándar. Los autores llamaron a este hallazgo "
preocupante".
Escribieron:
"El análisis PCR aplicado convencionalmente, en la mayoría
de los casos, no logró identificar estos múltiples episodios de
integración, lo que condujo a una alta tasa de alelos falsamente
declarados y editados con precisión".
Si no se detectan, estos hechos aberrantes "socavarían la
validez de los estudios", según los autores.
En los entornos experimentales esto es indudablemente correcto. Pero
para el público en general existe una implicación más importante.
Dado que las empresas y los biohackers esperan introducir rápidamente
en el mercado productos mediante edición genética (y sin control
normativo), esta investigación representa una importante
advertencia, sobre todo porque los autores especulan con que sus
resultados probablemente se apliquen igualmente a otros métodos de
edición, como los TALEN y las nucleasas de dedos de zinc.
Referencias:
Boris
V. Skryabin, Delf-Magnus Kummerfeld, Leonid Gubar, Birte Seeger,
Helena Kaiser et al. (2020) Pervasive head-to-tail insertions of DNA
templates mask desired CRISPR-Cas9–mediated genome editing events.
Science Advances 6 eaax2941 DOI: 10.1126/sciadv.aax2941
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