Por qué son falsas las afirmaciones de que la edición genética no implica la inserción de genes o ADN extraños
Por Claire Robinson, con el asesoramiento técnico del Dr. Michael Antoniou y el Dr. Yves Bertheau, 12 de diciembre de 2022
En la actualidad, los gobiernos de todo el mundo están tratando de eliminar las disposiciones reguladoras de los organismos modificados genéticamente (OMG) que, según afirman, no contienen genes ni ADN extraños. Optan por creer las afirmaciones de los grupos de presión de los OMG de que las plantas y animales modificados genéticamente no contienen ningún material genético extraño en sus genomas y que, por tanto, son tan "naturales" y seguros como las plantas y animales reproducidos de forma convencional.
Pero esto es falso. Los organismos modificados genéticamente plantean riesgos que no se limitan a la presencia de ADN extraño. Y las plantas y animales modificados genéticamente pueden contener, y de hecho contienen, material genético extraño en sus genomas, ya sea de forma intencionada o inadvertidamente debido a la imprecisión y las limitaciones del proceso de edición genética. A continuación se exponen algunas de las formas en que el ADN extraño puede introducirse en los genomas de los OMG editados genéticamente.
Se pueden insertar intencionadamente genes o ADN extraños
En una clase de organismos editados genéticamente a los que a veces se denomina SDN-3, el resultado es la inserción intencionada de un nuevo gen. Esto se consigue de la siguiente manera: en primer lugar, la herramienta de edición de genes realiza un corte de la doble hélice de ADN a través de la actividad enzimática innata de su "nucleasa", lo que le permite actuar como una "tijera genética"; en segundo lugar, se inserta un gran fragmento de ADN extraño en el genoma del organismo diana en el lugar de la rotura de la doble cadena de ADN[1].
Este fragmento de ADN puede contener un gen completo u otros elementos genéticos (por ejemplo, secuencias reguladoras de genes) y actúa como plantilla para la reparación de la rotura de la doble cadena de ADN provocada por la actividad de la nucleasa de la herramienta de edición génica. De este modo, el gen extraño u otro tipo de material genético de ADN se integra intencionadamente en el genoma de la planta, animal u otro organismo editado genéticamente para conferirle un nuevo rasgo.
Los procesos de edición genética introducen material genético extraño en las células, que puede integrarse inadvertidamente en el genoma
El ADN que se introduce en las células para llevar a cabo la edición genética se produce en microorganismos (bacterias) y se aísla de ellos. El ADN de los microorganismos puede acabar integrándose inadvertidamente en el genoma del organismo que está siendo editado genéticamente.
Por ejemplo, en la edición genética de plantas, los plásmidos (moléculas circulares de ADN) portadores de genes que codifican la herramienta de edición introducida en las células vegetales se cultivan en bacterias E. coli. Y la bacteria del suelo Agrobacterium tumefaciens, que se utilizaba en la antigua ingeniería genética para infectar e introducir e integrar ADN extraño en las plantas, también se utiliza en la edición genética para introducir el ADN que codifica las herramientas de edición genética en las células vegetales. El ADN de plásmidos, E. coli y Agrobacterium puede acabar insertándose involuntariamente en el genoma de la planta editada genéticamente[2].
En los animales, se utilizan virus y vectores virales (vehículos de transporte) para llevar la herramienta de edición genética a las células diana[3]. Se ha descubierto que el ADN extraño de estos vectores virales se integra en los genomas de los animales editados genéticamente[4].
A continuación se presentan algunos ejemplos concretos de ADN extraño (incluso contaminante) procedente de procesos de producción que se ha integrado inadvertidamente en los genomas de plantas y animales editados genéticamente.
Los fragmentos de ADN de plásmidos extraños pueden integrarse inadvertidamente en los genomas de las plantas
En la actualidad, la gran mayoría de la edición de genes de plantas mediante la tecnología CRISPR se lleva a cabo a través de la técnica de modificación genética transgénica de "estilo antiguo" de introducir plásmidos en células vegetales, que codifican para la herramienta de edición de genes. Esto significa que en el plásmido hay genes que codifican la proteína y dirigen los elementos de ARN del complejo CRISPR/Cas. Una vez dentro de las células vegetales, estos genes se expresan, lo que da como resultado el ensamblaje de la herramienta de edición CRISPR/Cas, que luego puede continuar con su trabajo.
En estas circunstancias, el plásmido introducido en las células vegetales puede fragmentarse, y estos fragmentos se insertan aleatoriamente en el genoma de la célula vegetal[5].
Los plásmidos extraños intactos pueden integrarse involuntariamente en el genoma de los animales
El ADN de plásmidos extraños puede integrarse involuntariamente en el genoma de los animales editados genéticamente, aunque por un mecanismo diferente al que ocurre en las plantas (arriba). En las plantas, pueden integrarse en el genoma fragmentos del plásmido que codifica la herramienta de edición genética. En los animales, puede incorporarse todo el plásmido.
Un ejemplo de integración de plásmidos en animales es el caso del ganado bovino editado genéticamente por la empresa Recombinetics para que no le crezcan cuernos. En este ganado, la inserción de las secuencias de ADN previstas para la eliminación de los cuernos no fue "limpia". Inesperadamente, toda la plantilla de reparación del ADN, incluido el plásmido que contenía las secuencias de ADN bacteriano, se integró en el genoma en uno de los dos lugares previstos de la rotura de la doble cadena de ADN provocada por la herramienta de edición genética. Como resultado, se descubrió que los genomas del ganado contenían inesperadamente secuencias de ADN de plásmidos bacterianos que codificaban la resistencia a tres antibióticos diferentes[6].
La empresa desarrolladora no había detectado el ADN extraño, llegando incluso a afirmar con arrogancia y sin rigor científico que sus animales estaban libres de los efectos no deseados de la edición genética[7].
El ADN extraño sólo fue encontrado por científicos de la Administración de Alimentos y Medicamentos de EE.UU., que realizaron su propio análisis de los genomas del ganado[8] Ese es precisamente el tipo de análisis que no se haría en ausencia de regulación de la edición genética.
En otro ejemplo, los intentos de editar genéticamente ganado mediante la inserción de un gen masculino determinante del sexo ("SRY") -dando lugar sólo a animales machos- salieron terriblemente mal. Los editores de genes intentaron lograr una inserción limpia del gen SRY solo en el lugar de edición previsto. Pero el resultado fue muy distinto: siete copias de todo el plásmido bacteriano portador del gen SRY se incorporaron al genoma de la única ternera que nació. Y el ternero siempre iba a ser macho, incluso sin la edición del gen[9].
No sólo se trataba de un experimento fallido, sino de otro caso de edición genética que resulta en la inserción involuntaria de ADN extraño (en este caso, plásmido bacteriano) en el genoma del organismo objetivo.
El ADN cromosómico bacteriano extraño de Agrobacterium puede integrarse inadvertidamente en el genoma
La infección por Agrobacterium es la técnica de transformación más eficaz para la modificación genética de plantas. Por eso se utiliza en la ingeniería genética transgénica más antigua y sigue siendo la técnica más utilizada en las aplicaciones de edición genética más recientes, como CRISPR/Cas.
Sin embargo, se ha descubierto que fragmentos de ADN de una longitud de hasta 18.000 unidades de bases -lo suficientemente grandes como para contener genes enteros del genoma de Agrobacterium- pueden integrarse en el genoma de la planta durante el proceso de transformación genética[10], lo que demuestra claramente que pueden introducirse genes enteros funcionales de Agrobacterium en las plantas durante el proceso de edición genética. Los autores de este estudio concluyeron acertadamente que "es necesario un mayor control de las plantas transgénicas en busca de ADN bacteriano no deseado".
Los desarrolladores de OMG suelen hacer la vista gorda ante el ADN extraño
Los diseñadores de plantas y animales editados genéticamente suelen pasar por alto o ignorar la integración inadvertida de ADN extraño en sus productos[11], ya que utilizan métodos de detección inadecuados, como se señalaba en una reciente revisión bibliográfica sistemática[12].
Como resultado, el plásmido extraño o el ADN cromosómico pueden estar fácilmente presentes en el producto final comercializado,[13] convirtiéndolo en transgénico por naturaleza, es decir, que contiene material genético extraño.
Además, el ADN extraño puede ser funcional. Esto significa que puede producir una o más proteínas nuevas, con consecuencias desconocidas para el consumidor, como toxicidad o alergenicidad.
Los desarrolladores de OMG pueden cruzar plantas editadas genéticamente con variedades seleccionadas no modificadas genéticamente para reducir o eliminar el ADN extraño no intencionado y otros daños no deseados del proceso de edición genética. Sin embargo, este proceso es costoso y lleva mucho tiempo, y anula la eficacia, que suele ser la razón por la que los desarrolladores de OMG favorecen la edición genética[14]. Por ello, cada vez más, los desarrolladores de OMG prefieren editar directamente las variedades seleccionadas, ya que así se puede reducir o eliminar la necesidad de retrocruzamiento[15].
Incluso cuando se realiza el retrocruzamiento, éste no puede erradicar de los genomas todos los daños no deseados en el ADN[16]. Una vez más, la falta de retrocruzamiento que pretende acelerar el camino hacia el mercado de los OMG editados genéticamente significará inevitablemente que estos productos llegarán al mercado conteniendo ADN extraño y otros daños no deseados en el ADN.
Esto es especialmente cierto en el caso de las plantas editadas genéticamente que se propagan vegetativamente (por ejemplo, las patatas), en las que no se realiza retrocruzamiento[17]. En estos casos, todos los daños no deseados en el ADN inducidos por el proceso de edición genética y la bioquímica alterada resultante estarán presentes en el producto final comercializado, con consecuencias desconocidas para la salud del consumidor humano o animal.
Las afirmaciones de que el uso de herramientas de edición preensambladas evita el ADN extraño son falsas
Los defensores de la desregulación de la edición genética a veces afirman que, en el futuro, los desarrolladores evitarán la inserción de ADN plasmídico extraño. En su lugar, el plan es utilizar complejos proteicos de corta duración (para reducir los cambios no deseados fuera y dentro del objetivo), purificados y preensamblados. Dicho complejo purificado es la ribonucleoproteína (RNP) que constituye CRISPR/Cas. Por ejemplo, el CRISPR/Cas preensamblado se ha utilizado para editar el gen del maíz[18].
Sin embargo, el problema es que se ha descubierto que las proteínas purificadas (enzimas) se contaminan con ADN del organismo utilizado para fabricarlas durante el proceso de producción[19].
Esto plantea la posibilidad de que el complejo proteico purificado de la herramienta de edición genética, incluida la RNP CRISPR/Cas producida en bacterias, también pueda estar contaminado con ADN del huésped bacteriano. En este caso, cualquier ADN huésped bacteriano contaminante llegará a las células junto con la herramienta de edición genética preensamblada. Esto significa que este argumento clave de los grupos de presión a favor de la desregulación puede ser inválido desde el principio.
Basándose en estos hechos, el Dr. Yves Bertheau, director honorario de investigación del INRA en el Muséum National d'Histoire Naturelle de París (Francia) y experto en detección e identificación de OMG,[20] escribió en un capítulo de un libro científico que incluso las enzimas comerciales más purificadas pueden estar contaminadas con ADN. Por ello, escribió que es "vergonzoso afirmar" que las preparaciones de las herramientas de edición RNP CRISPR/Cas están necesariamente libres de ADN y que, por tanto, no pueden incorporarse secuencias extrañas al genoma de las plantas editadas -o, de forma más general, afirmar que las nuevas técnicas de modificación genética (denominadas en el capítulo "nuevas técnicas de cultivo" o NBT) no dejan ADN contaminante en los genomas de las plantas editadas[21].
La ausencia de inserción de ADN extraño sólo puede determinarse empíricamente de forma inequívoca mediante la secuenciación directa y en profundidad del genoma completo del organismo modificado genéticamente. Sin un análisis de este tipo, las afirmaciones de que los genomas de los OMG editados genéticamente están libres de ADN extraño carecen de fundamento.
Este es especialmente el caso, dijo el Dr. Bertheau a GMWatch, porque "Los pocos investigadores que utilizan RNPs no verifican que el proceso de purificación haya sido totalmente efectivo".
El ADN extraño de los "interruptores de emergencia" de edición genética podría contaminar el genoma
La actividad de las "tijeras genéticas" de las nucleasas de las herramientas de edición genética es muy eficaz para cortar el ADN, a veces en exceso. Los editores de genes quieren realizar ciertos cortes pero evitar los involuntarios, por lo que han buscado formas de controlar la nucleasa de la herramienta de edición introducida en las células diana mediante el uso de activadores o inhibidores. De este modo se reduce la tendencia de la nucleasa a cortar una y otra vez, provocando múltiples roturas de ADN de doble cadena que causan cambios no deseados fuera y dentro del objetivo en las células originales y sus descendientes.
Por esta razón, las "proteínas anti-CRISPR" se han utilizado en aplicaciones de edición genética CRISPR como "interruptores de emergencia" o "frenos" para reducir la duración de la acción de las nucleasas en células bacterianas y de mamíferos, así como en plantas[22].
Las proteínas anti-CRISPR se introducen en las células como plásmidos que las codifican o como proteínas purificadas fabricadas en bacterias[23]. Como hemos visto anteriormente, los plásmidos pueden integrarse involuntariamente en el genoma de la célula diana, ya sea en su totalidad o como fragmentos. Y se sabe que las proteínas purificadas a partir de bacterias están contaminadas con ADN huésped bacteriano. Por tanto, en cualquiera de los dos casos es posible que el ADN extraño (plásmido, genoma bacteriano) se integre en el genoma de las células diana durante cualquier proceso de edición genética que también emplee una estrategia de proteína anti-CRISPR. Por lo tanto, el uso de proteínas anti-CRISPR añade otra forma en la que el ADN extraño puede insertarse inadvertidamente en el genoma de la planta o animal editado.
Como resultado, los organismos editados genéticamente deben ser examinados cuidadosamente para ver si elementos de los "interruptores de emergencia" de edición genética o ADN contaminante se incorporan involuntariamente al genoma de la planta o animal editado.
El ADN extraño procedente de medios de cultivo de origen animal puede insertarse en el genoma de animales editados genéticamente
Los genomas de animales editados genéticamente pueden contener ADN extraño contaminante derivado de componentes de cultivo de origen animal (suero)[24] Los medios de cultivo de tejidos celulares de origen animal (y humano) suelen contener suero de origen animal como fuente de factores de crecimiento esenciales. Este suero de origen animal está contaminado con ADN del animal de origen (por ejemplo, bovino), que puede insertarse en el genoma de las células durante el proceso de edición genética y, por tanto, puede estar presente en los genomas de los animales editados genéticamente.
Por ejemplo, se descubrió que los genomas editados de ratones adquirían ADN bovino o caprino. Esto se debe al uso de suero fetal de ternera[25], es decir, sangre extraída de vacas, en un medio de cultivo estándar para células de ratón.
El Dr. Jonathan Latham, director de Bioscience Resource Project, comentó las implicaciones del hallazgo:
"Cortar ADN dentro de las células, independientemente del tipo preciso de edición genética, predispone a los genomas a adquirir ADN no deseado. El ADN no deseado puede proceder del interior de la célula editada, del medio de cultivo o de cualquier material biológico añadido al medio de cultivo, ya sea accidentalmente o a propósito"[26].
El Dr. Latham advirtió de que algunos medios de cultivo pueden contener secuencias de ADN procedentes de virus. Entre las secuencias de ADN que los investigadores[27] encontraron insertadas inadvertidamente en los genomas de ratones editados genéticamente había ADN de retrovirus de ratón (el VIH es un retrovirus de este tipo):
"Por lo tanto, no es difícil imaginar, por ejemplo, que los animales editados genéticamente se conviertan en el caldo de cultivo que conduzca al desarrollo o la propagación de virus o micoplasmas [un tipo de bacteria] nuevos o no deseados"[28].
Los desarrolladores de OMG no eliminan el ADN extraño
Los creadores de OMG afirman que comprobarán si hay ADN extraño y lo seleccionarán o eliminarán. Pero las pruebas demuestran que no lo hacen y que ni siquiera lo buscan adecuadamente. Suelen utilizar métodos de detección inadecuados, que pueden pasar por alto fácilmente la presencia de ADN extraño y otros efectos no deseados de la edición genética[29].
Estos fragmentos extraños de ADN, tanto grandes como pequeños, ya son detectables utilizando métodos de secuenciación del genoma completo de lectura larga y corta, profundos y ultraprofundos, ampliamente disponibles. Por lo tanto, no hay excusa para que los desarrolladores de OMG no los empleen.
Los riesgos no se limitan al ADN extraño
En cualquier debate sobre el ADN extraño en los OMG editados genéticamente, es crucial tener en cuenta que los riesgos de estos productos no se limitan a la introducción de genes extraños u otros tipos de elementos de ADN.
Una serie de riesgos se deriva del cultivo de tejidos vegetales, que es una parte necesaria del proceso de producción de todos los OMG transgénicos antiguos y de la gran mayoría de las plantas editadas genéticamente. Se sabe que el cultivo de tejidos causa muchas mutaciones (daños en el ADN)[30] Un estudio sobre plantas de arroz (Tang y colegas, 2018) descubrió que el cultivo de tejidos causa mutaciones no intencionadas a gran escala y en todo el genoma. El proceso de transformación transgénica de edición de genes asociado al cultivo de tejidos (que implica la inserción de Agrobacterium) aumentó notablemente la cantidad de daños involuntarios en el ADN por encima de los daños del cultivo de tejidos por sí solo. En conjunto, se descubrió que el proceso de edición genética causaba muchas más mutaciones de las que se producían espontáneamente en el cultivo natural de arroz no modificado genéticamente.
El estudio también descubrió que la actividad de una herramienta de edición genética CRISPR/Cas desactivada, considerada por sí sola, causaba pocas mutaciones no intencionadas fuera del objetivo, pero los investigadores no buscaron mutaciones no intencionadas en el objetivo (en el lugar de edición previsto), por lo que no sabemos cuántas de ellas se produjeron[31].
Se trata de una omisión importante, ya que otro estudio descubrió que la edición genética CRISPR en el arroz causó un gran número de mutaciones fuera y dentro del objetivo, aunque no se sabe si éstas se debieron al cultivo de tejidos o a la transformación genética GM u otros elementos del proceso de edición genética. Los investigadores advirtieron de que "la comprensión de las incertidumbres y los riesgos relativos a la edición del genoma es necesaria y crítica antes de que se establezca una nueva política mundial para la nueva biotecnología"[32].
En resumen, las mutaciones involuntarias se acumulan a partir de las distintas etapas y componentes del proceso de edición genética (cultivo de tejidos, proceso de transformación transgénica y actividad de la herramienta de edición genética). No es de extrañar que un número significativo y cada vez mayor de estudios hayan encontrado numerosos tipos de daños involuntarios en el ADN causados por la edición de genes y sus procesos asociados, tanto fuera como dentro del objetivo. Entre ellos se incluyen grandes deleciones, inserciones y reordenamientos del ADN[33].
En las plantas editadas genéticamente, estos cambios genéticos involuntarios podrían dar lugar a importantes alteraciones en la expresión génica y, por tanto, en la composición bioquímica, incluyendo potencialmente una toxicidad o alergenicidad inesperadas, como han señalado publicaciones en la literatura científica[34].
En conjunto, los riesgos que plantean los efectos no deseados de la edición genética -involucren o no la integración de ADN extraño en el genoma del organismo editado- son la principal razón para oponerse a la desregulación. Pero también hay que subrayar que una de las principales afirmaciones de los grupos de presión a favor de la desregulación y sobre la que se apoyan las afirmaciones de seguridad y naturalidad -que clases enteras de organismos editados genéticamente están libres de ADN extraño- es totalmente infundada y falsa. Sólo el cribado directo del genoma completo (secuenciación) de la planta o animal modificado genéticamente puede confirmar si está realmente libre de ADN extraño. Todo lo que no sea esto es una suposición sin ninguna base empírica.
Notas:
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El Dr. Michael Antoniou es genetista molecular y reside en Londres. El Dr. Yves Bertheau es director honorario de investigación del INRA en el Muséum National d'Histoire Naturelle de París (Francia) y experto en detección e identificación de OMG. Agradecemos a ambos su contribución a este artículo. No obstante, cualquier error restante es responsabilidad exclusiva de la autora.
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