CRISPR.

Introduccion.

Una técnica que edita ADN con precisión  ha aumentado su capacidad de corregir los genes defectuosos en los seres vivos. Esta tecnica se denomina CRISPR , el método ya se utiliza en el laboratorio para insertar y eliminar los defectos del genoma en los embriones animales.

La CRISPR es un sistema que está compuesta por dos elementos, una pequeña molécula de material genético que es complementaria, esto quiere decir que tiene letras que se aparean con la secuencia del gen que nosotros queremos modificar y esta es la pequeña secuencia que dirige la actuación del segundo elemento, una enzima que corta el material genético. Al cortar dicho material se altera la estabilidad del núcleo de la célula y este tiene que responder a esta agresión, desatando un sistema de reparación que es un medio ancestral  de millones de años en toda nuestras células que lo que intenta es reparar ese corte en el ADN y hacerlo de forma tan pronto sea posible.

Al producirse esta reparación se cometen errores y frecuentemente se genera una mutación con lo cual el sistema CRISPR, inicialmente con estos dos elementos se  puede realizar una mutación en un gen determinado. Pero el sistema es más versátil, porque si incorporamos un tercer elemento en el experimento y le proveemos al sistema de un fragmento de material genético con la secuencia correcta o con la mutación que nosotros queremos instaurar, este fragmento de material genético es el que se va a usar preferentemente como molde y se va a utilizar para restaurar el corte que se ha producido en el material genético utilizando la secuencia que le damos al sistema como molde pues habremos transferido la mutación que nosotros queremos, la que hemos proyectado en el laboratorio la habremos transferido de una forma muy eficaz al material genético del animal que estemos trabajando.

Este es un sistema extraordinario, pero todavía está en una etapa inicial de investigación, para conocer sus límites y sus riesgos, usando secuencias muy parecidas a la que queremos modificar, que pueden existir en otras partes de nuestro genoma y pueden modificar al mismo y habría que minimizarlas con diferentes estrategias.

En el siguiente dibujo se representa lo dicho en forma muy esquematica y las aplicaciones de esta tecnica,

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Las bacterias y el sistema CRISPR/Cas.

Las bacterias son seres unicelulares y tiene un sistema inmune, estas son infectadas por virus denominados bacteriofagos, los virus estan compuestos por un acido nucleico que puede ser ADN o ARN como material genético y una envoltura proteica denominada cápside.

El proceso se realiza de la siguiente manera, el virus se une a la bacteria gracias a su cápside y le inyecta su ácido nucleico, que una vez dentro, toma el control de las funciones celulares sobre todo el del proceso de biosíntesis de proteinas, a partir de ese momento la bacteria sólo replica el material genético viral y sintetiza proteinas virales, según se van acumulando en el interior de la célula se van ensamblando los nuevos virus hasta que al final la bacteria revienta, se lisa y los nuevos virus son liberados.

Una bacteria puede neutralizar a un virus que se introduce en su interior, una forma de hacerlo es tener unas enzimas que sean capaces de distinguir entre el material genético de la bacteria y el material genético vírico, una vez hecha la distinción, destruye el material genético del virus. Pero hay otra forma de neutralizar a un virus que infecta a una bacteria y ese es el sistema CRISPR/Cas.

El sistema CRISPR/Cas, es un sistema inmune de las bacterias, ya que le permite defenderse de la infección de virus bacteriofagos, el mapeo completo de los genomas de bacterias, muetra que su información genética esta muy compactada en el ADN,  una zona del genoma  que en muchos  microorganismos esta llena de secuencias que parecen repeticiones palindrómicas sin ninguna función aparente.

Una secuencia palindromica es como la mostrada a continuacion, la secuencia es palindromica si la secuencia superior, marcada en rojo es identica a la inferior pero en sentido contrario.

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Los palíndromos, son textos que se leen igual en las dos direcciones, como la palabra reconocer” , pero en el lenguaje del ADN.

De manera muy simplificada, a nivel molecular lo que está ocurriendo es lo siguiente. Cuando el material genético del virus entra dentro de la bacteria debe de tomar el control de la maquinaria celular y para ello empieza a interaccionar con diversos componentes celulares. Pero puede darse el caso que interaccione con un complejo formado por una proteína Cas unida al ARN producido a partir de las secuencias CRISPR. Si ocurre eso, resulta que el material genético viral es inactivado y posteriormente degradado. Pero este proceso no se detiene. Las proteínas Cas hacen otra cosa además de destruir el material genético del virus. Resulta que son capaces de tomar una pequeña parte del ADN viral, modificarlo e integrarlo dentro del conjunto de secuencias CRISPR. De esa forma, si esa bacteria o su descendencia se encuentra con ese mismo virus, ahora activará de forma mucho más eficiente al material genético viral.

 

El funcionamiento del CRISPR-Cas9 , edicion de los genes.

 

La técnica de edición de genes, creado por la Universidad de Berkeley por la bioquímica Jennifer Doudna y su colega, Emmanuelle Charpentier, directora del Instituto Max Planck de Biología de las Infecciones en Berlín, han investigado como realizar en una manera fácil y barata cambios precisos en el ADN con el fin de desactivar genes, trastornos genéticos correctos o insertar genes mutados en animales para crear modelos de enfermedades humanas.

 

CRISPR-Cas9 es una proteína híbrida de ARN , que funciona como un sistema de búsqueda y recorte eficiente en bacterias. Surgió como una forma de reconocer y matar los virus, pero Doudna y Charpentier se dieron cuenta de que también podría funcionar bien en otras células, incluyendo la de los seres humanos, para facilitar la edición genoma. La proteína Cas9, junto con un ARN "guía", se dirige a un tramo complementario de 20 nucleótidos del ADN. Una vez que el ARN identifica una secuencia de búsqueda de estos nucleótidos, Cas9 corta la hélice de ADN de doble cadena, como se muestra en el siguiente dibujo,

 

 

 

Referencias.

 

Gene editing with CRISPR-Cas9

 

El 'cortapega' de ADN, descubrimiento del año

 

La estructura del ADN.

 

 

 

 

 

Eduardo Ghershman, 24.12.2015