La nueva herramienta CRISPR súper precisa podría abordar una gran cantidad de enfermedades genéticas

Por toda la facilidad con la que la popular herramienta de edición de genes CRISPR–Cas9 altera los genomas, sigue siendo algo torpe y propensa a errores y efectos no deseados. Ahora, una alternativa desarrollada recientemente ofrece un mayor control sobre las ediciones del genoma, un avance que podría ser particularmente importante para el desarrollo de terapias génicas.

El método alternativo, llamado edición principal, mejora las posibilidades de que los investigadores terminen con solo las ediciones que desean, en lugar de una mezcla de cambios que no pueden predecir. La herramienta, descrita en un estudio publicado el 21 de octubre en Nature1, también reduce los efectos «fuera de objetivo» que son un desafío clave para algunas aplicaciones del sistema estándar CRISPR-Cas9. Eso podría hacer que las terapias genéticas basadas en la edición primaria sean más seguras para su uso en personas.

La herramienta también parece capaz de hacer una variedad más amplia de ediciones, que algún día podrían permitir que se use para tratar las muchas enfermedades genéticas que hasta ahora han obstaculizado a los editores de genes. David Liu, biólogo químico del Instituto Broad del MIT y Harvard en Cambridge, Massachusetts, y autor principal del estudio, estima que la edición principal podría ayudar a los investigadores a abordar casi el 90% de las más de 75,000 variantes de ADN asociadas a enfermedades enumeradas en ClinVar, una base de datos pública desarrollada por los Institutos Nacionales de Salud de EE.

La especificidad de los cambios de los que es capaz esta última herramienta también podría facilitar que los investigadores desarrollen modelos de enfermedad en el laboratorio o estudien la función de genes específicos, dice Liu.

«Es muy pronto, pero los resultados iniciales se ven fantásticos», dice Brittany Adamson, quien estudia reparación de ADN y edición de genes en la Universidad de Princeton en Nueva Jersey. «Vas a ver a mucha gente usándolo.»

La edición Prime puede no ser capaz de realizar las inserciones o eliminaciones de ADN muy grandes de las que es capaz CRISPR–Cas9, por lo que es poco probable que reemplace por completo la herramienta de edición bien establecida, dice el biólogo molecular Erik Sontheimer de la Facultad de Medicina de la Universidad de Massachusetts en Worcester. Eso es porque para la edición principal, el cambio que un investigador quiere hacer está codificado en una cadena de ARN. Cuanto más larga sea esa hebra, más probable es que sea dañada por las enzimas en la célula.

«Todavía se necesitarán diferentes tipos de plataformas de edición de genoma para diferentes tipos de ediciones», dice Sontheimer.

Pero la edición prime parece ser más precisa y versátil que otras alternativas CRISPR desarrolladas hasta ahora. Estas incluyen versiones modificadas de CRISPR-Cas9 que permiten a los investigadores intercambiar una letra de ADN por otra, y herramientas más antiguas como las nucleasas de dedo de zinc, que son difíciles de adaptar a cada edición deseada.

Libertad a través del control

CRISPR–Cas9 y la edición prime funcionan cortando el ADN en un punto específico del genoma. CRISPR-Cas9 rompe ambas hebras de la doble hélice de ADN y luego se basa en el propio sistema de reparación de la célula para reparar el daño y realizar las ediciones. Pero ese sistema de reparación no es confiable y puede insertar o eliminar letras de ADN en los puntos donde se cortó el genoma. Esto puede llevar a una mezcla incontrolable de ediciones que varían entre las células.

Además, incluso cuando los investigadores incluyen una plantilla para guiar cómo se edita el genoma, el sistema de reparación de ADN en la mayoría de las células es mucho más probable que realice esas pequeñas inserciones o eliminaciones aleatorias que agregar una secuencia de ADN específica al genoma. Eso hace que sea difícil, y en algunos casos, casi imposible, para los investigadores usar CRISPR — Cas9 para sobrescribir una pieza de ADN con una secuencia de su elección.

La edición prime evita estos problemas (consulte ‘Editor de precisión’). Aunque también utiliza Cas9 para reconocer secuencias de ADN específicas, al igual que CRISPR–Cas9, la enzima Cas9 de la herramienta de edición prime se modifica para cortar solo una hebra de ADN. Luego, una segunda enzima llamada transcriptasa inversa y guiada por una cadena de ARN, realiza las ediciones en el sitio del corte.

Las enzimas de edición principales no tienen que romper ambas cadenas de ADN para realizar cambios, liberando a los investigadores de confiar en el sistema de reparación de ADN de la célula, que no pueden controlar, para hacer las ediciones que quieren. Esto significa que la edición principal podría permitir el desarrollo de tratamientos para enfermedades genéticas causadas por mutaciones que no se abordan fácilmente con las herramientas de edición de genes existentes.

Una herramienta multipropósito

Anteriormente, los investigadores, incluido Liu, pensaban que necesitarían desarrollar herramientas de edición de genes específicas para cada categoría de cambio que querían hacer en un genoma: inserciones, eliminaciones o sustituciones de letras de ADN. Y las opciones eran limitadas cuando se trataba de hacer sustituciones precisas.

Una técnica más antigua, llamada edición de base, que es comparable en precisión a la edición principal, convierte químicamente una letra de ADN directamente en otra, algo que CRISPR — Cas9 no puede hacer, como convertir una T en una A o una G en una C, sin romper ambas cadenas de ADN 2. Desarrollado por Liu, la edición de bases podría ser útil para corregir algunas enfermedades genéticas causadas por mutaciones de una sola letra, incluida la forma más común de anemia falciforme.

Pero la edición de bases no puede ayudar con los trastornos genéticos causados por mutaciones de múltiples letras, como la enfermedad de Tay–Sachs, una enfermedad generalmente fatal causada por la inserción de cuatro letras de ADN en el gen HEXA.

Así que Liu y sus colegas se propusieron crear una herramienta de edición de genes precisa que brindara a los investigadores la flexibilidad y el control para realizar múltiples tipos de ediciones sin tener que crear sistemas a medida. En 2018, el equipo se lanzó a la edición principal: combinación de enzimas, incluida una enzima Cas9 modificada, que podría cambiar letras de ADN individuales, eliminar letras o insertar una serie de letras en un genoma, con un daño mínimo a las hebras de ADN.

«Es fantástico», dice Sontheimer. «La amplitud de las mutaciones que se pueden introducir es uno de los mayores avances. Eso es enorme.»

Pero el equipo de Liu y otros ahora tendrán que evaluar cuidadosamente qué tan bien funciona el sistema en una variedad de células y organismos. «Este primer estudio es solo el principio, y no el final, de una aspiración de larga data en las ciencias de la vida de poder realizar cualquier cambio de ADN en cualquier posición de un organismo», dice Liu.