Tipo | Ribonucleoproteína , proteína |
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Parte de | Endonucleasa Cas9 asociada a CRISPR , dominio de nucleasa HNH, familia de proteínas ( d ) , endonucleasa Cas9 asociada a CRISPR, hélice puente, familia de proteínas ( d ) , endonucleasa Cas9 asociada a CRISPR, dominio que interactúa con PAM, familia de proteínas ( d ) , Cas9- tipo dominio HNH, familia de proteínas ( d ) , endonucleasa Cas9 asociada a CRISPR, lóbulo REC, familia de proteínas ( d ) |
Cas9 ( proteína 9 asociada a CRISPR ) es una proteína de origen bacteriano con propiedades antivirales . Su capacidad para cortar el ADN a nivel de secuencias específicas lo ha convertido en una herramienta de biología molecular con un amplio potencial de uso.
Es un RNA DNA guiada endonucleasa , es decir, una enzima especializada para corte de ADN con dos zonas de corte activos, una para cada hebra de la doble hélice .
La proteína Cas9 está asociada con el sistema inmunológico adaptativo tipo II de CRISPR ( repeticiones palindrómicas cortas agrupadas regularmente interespaciadas ). Esta enzima se puede utilizar en ingeniería genética para modificar fácil y rápidamente el genoma de células animales y vegetales. Las herramientas para editar el genoma existían desde la década de 1970, pero eran mucho menos eficientes, más complejas y mucho más caras que Cas9. De esta técnica Crispr-Cas9, conocida como “tijeras moleculares”, se habla mucho, entre esperanzas de curar enfermedades genéticas y riesgos de desviaciones éticas. Estas cuestiones relacionadas con la modificación genética se refieren directamente al Convenio de Derechos Humanos y Biomedicina de 1997, cuyo artículo 13 está dedicado a las intervenciones sobre el genoma humano. Está escrito que “una intervención destinada a modificar el genoma humano solo puede emprenderse por razones preventivas, diagnósticas o terapéuticas y solo si no se pretende introducir una modificación en el genoma de la descendencia. "
Desde su descubrimiento, la proteína Cas9 se ha utilizado ampliamente como una herramienta de ingeniería del genoma para producir roturas de doble hebra de ADN específicas. Estas rupturas pueden conducir a la inactivación de genes oa la introducción de genes heterólogos por unión de extremos no homólogos o por recombinación homóloga en muchos organismos. Junto con las nucleasas de dedos de zinc y las proteínas TALEN , Cas9 se ha convertido en una herramienta líder en el campo de la genómica . Cas9 ganó popularidad por su capacidad para cortar ADN con precisión en cualquier ubicación complementaria a su ARN guía. A diferencia de los métodos TALEN y Zinc Finger, el ADN dirigido por Cas9 es sencillo y no requiere modificación de la proteína, sino solo del ARN guía. Las versiones modificadas de la proteína Cas9 que se unen pero no cortan el ADN se pueden usar además para localizar activadores o supresores de la transcripción de secuencias de ADN específicas con el fin de controlar la activación e inactivación de la transcripción de ciertos genes. En particular, la selección de Cas9 se ha simplificado gracias a la creación de un ARN quimérico único. Los científicos han sugerido que la tecnología Cas9 tiene el potencial de alterar los genomas de poblaciones enteras de organismos. En 2015 , científicos de China utilizaron Cas9 para modificar el genoma de embriones humanos por primera vez. Desde 2015 y todavía en China, los pacientes con cáncer en particular han sido tratados con CRISPR-Cas9.
En octubre de 2020, se otorgó el Premio Nobel de Química a Emmanuelle Charpentier y Jennifer Doudna por el desarrollo de un método de edición del genoma, en este caso, el sistema de edición CRISPR-Cas9.
Cases9 se asocia con secuencias CRISPR ( crispr o " repeticiones palindrómicas cortas agrupadas y espaciadas regularmente" ) en la inmunidad adaptativa Streptococcus pyogenes , entre otras bacterias.
Streptococcus pyogenes utiliza la herramienta Cas9 para detectar y vencer el ADN extraño, como el ADN invasor de bacteriófagos o del ADN plasmídico . Cas9 realiza esta detección desenrollando el ADN extraño y comprobando la complementariedad con la región de espaciamiento largo de aproximadamente veinte pares de bases del ARN guía. Si una secuencia de ADN está relacionada con el ARN guía, Cas9 corta el ADN invasivo. En este sentido, la herramienta CRISPR / Cas9 tiene una serie de similitudes con el mecanismo de interferencia del ARN en eucariotas .
La técnica de edición del genoma CRISPR-Cas9 fue descubierta por el equipo de la investigadora francesa Emmanuelle Charpentier con la ayuda de la estadounidense Jennifer Doudna en la Universidad de California en Berkeley . Posteriormente fue desarrollado a partir de 2012 por varios investigadores, incluido el biólogo molecular Feng Zhang , del Broad Institute (in) (asociado con Harvard y MIT ). Berkeley está impugnando la patente otorgada al Broad Institute por este descubrimiento ante una junta de apelaciones de la Oficina de Patentes y Marcas de los Estados Unidos . La15 de febrero de 2017, la Oficina de Patentes y Marcas de los Estados Unidos consideró válidas las patentes presentadas por el Broad Institute sobre el uso de CRISPR / Cas9 en el caso de células eucariotas . Sin embargo, las afirmaciones de la Universidad de Berkeley (en el origen de las solicitudes de patente de Jennifer Doudna y Emmanuelle Charpentier ) con respecto al uso de CRISPR / Cas9 en todo tipo de material genético (incluidas las células eucariotas) no fueron rechazadas.
Además de su función de origen bacteriano en la inmunidad, la proteína Cas9 se utiliza como una herramienta de ingeniería genética para inducir roturas de doble hebra en el ADN. Estas rupturas pueden conducir a la inactivación del gen o la introducción de genes heterólogos a través de dos tipos de reparación: la unión de extremos no homólogos y la recombinación homóloga en muchos organismos modelo de laboratorio.
Este tipo de herramienta ya existía con nucleasas efectoras tipo activador de la transcripción ( TALEN ) y nucleasas de dedos de zinc, pero Cas9, gracias a su eficiencia, velocidad y bajo costo, se ha convertido en una herramienta líder en el campo de la terapia génica .
La comprensión de la herramienta CRISPR / Cas9 progresó durante la década de 2010, ya que puede eliminar prácticamente todas las secuencias complementarias del ARN guía . Gracias a la especificidad de la diana Cas9 que proviene de la complementariedad del ARN guía y del ADN y no de modificaciones de la proteína en sí (como TALEN y nucleasas con dedos de zinc ), la herramienta Cas9 puede apuntar a ADN nuevo con bastante facilidad. La flexibilidad del diseño junto con las versiones de Cas9 que se unen pero no cortan el ADN relacionado también tiene potencial para la corrección y desactivación de genes al localizar el activador o represores de secuencias de ADN específicas. Se proporcionó una mayor simplificación en un estudio innovador en 2012 que representa la creación de un solo ARN guía quimérico, en lugar del ARN guía original compuesto por dos ARN dispares que se asocian con ARN-CRISPR y transactivación de ARN. Los científicos sugieren que los lectores de los genes detrás de Cas9 pueden editar los genomas de poblaciones enteras de organismos. Al igual que la revolución en biología molecular que acompañó al descubrimiento de las enzimas de restricción en la década de 1970, el "kit de herramientas Cas9" también tiene un gran potencial.
Las primeras aplicaciones se llevaron a cabo en animales y en particular primates. Gracias a Crispr-Cas9 y su reducido coste de desarrollo, los científicos ya han creado vacas sin cuernos (para evitar que se lesionen). Otros planean resucitar especies extintas como el mamut, por ejemplo.
El fabricante Monsanto , filial de Bayer , adquirió los derechos operativos de Crispr-Cas9 a finales de 2016.
La 18 de abril de 2015Investigadores de Canton publicaron un artículo en Protein & Cell (en) la publicidad ha utilizado la técnica CRISPR / case.9 para modificar genéticamente embriones humanos. Según Junjiu Huang, quien dirigió esta investigación, este artículo fue rechazado por Science and Nature debido a los problemas éticos que plantea dicha investigación. El artículo señala una sensibilidad y especificidad insuficientes de la técnica para que se utilice en terapia génica en esta etapa.
En diciembre de 2015, en vista de múltiples cuestiones éticas y de seguridad, una reunión organizada por la Academia Estadounidense de Ciencias y Medicina, la Academia China de Ciencias y la Real Sociedad de Londres recomendó una moratoria . A pesar de esto, dejando de lado las acusaciones de eugenesia , muchos bioeticistas y científicos han argumentado que si las anomalías en genes particulares que causan condiciones fatales y debilitantes pueden corregirse en un embrión, entonces deben serlo.
En enero de 2016, Gran Bretaña autorizó la manipulación genética de embriones humanos en el Instituto Francis Crick de Londres. Esto permitiría estudiar el inicio del desarrollo del embrión e identificar qué causa el éxito o el fracaso de la fecundación in vitro, pero sin embargo reaviva el debate sobre la ética y el propósito de tales estudios.
Fredrik Lanner, un científico sueco del Instituto Karolinska de Estocolmo, utiliza esta enzima para encontrar nuevos tratamientos para la infertilidad y los abortos espontáneos. Esta enzima desactiva los genes CRISPR-cas9 en embriones para observar sus roles en su desarrollo temprano.
En julio de 2017, un equipo de investigadores de Portland, Oregón, anunció que habían modificado con éxito embriones humanos. Los investigadores habrían corregido eficazmente genes defectuosos en el origen de enfermedades hereditarias. No se ha permitido que se desarrollen embriones durante más de unos pocos días (el límite de 14 días se impone a la investigación con embriones humanos). El proceso llamado "ingeniería de la línea germinal" cambia el código del ADN de los niños, que luego podría transmitirse a las generaciones posteriores a través de sus propios gametos . En particular, los investigadores podrían haber demostrado de manera convincente que era posible evitar errores debido a los efectos "fuera del objetivo" señalados por otro estudio en 2017 que finalmente se retiró. La plausibilidad de estos resultados se debate, pero en 2018 los autores publicaron nueva evidencia para respaldar su trabajo.
En noviembre de 2018, He Jiankui , un investigador chino , anunció en un video publicado en YouTube el nacimiento de los primeros bebés genéticamente modificados, dos gemelos. Afirma haber utilizado la técnica CRISPR-Cas9 en los embriones (concebidos por FIV ) para protegerlos de la infección por el VIH , ya que su padre es VIH positivo . Su universidad, la Southern University of Science and Technology (en) de Shenzhen , se desvinculó de su profesor y, a petición del Comité Nacional de Salud de China, las autoridades sanitarias de la provincia de Guangdong abrieron una investigación. Sin revisión por pares , con además del video, un simple comunicado de prensa a Associated Press , bioéticamente problemático , este trabajo despertó un clamor en la comunidad científica y Jiankui anunció el 28 de noviembre en la 2da Cumbre Internacional sobre Edición del Genoma Humano de Hong Kong que suspende su trabajo.
Gracias a CRISPR-Cas9, un equipo estadounidense ha logrado hacer que un mosquito sea resistente a la malaria y planea liberarlo en la naturaleza para transmitir este gen de resistencia a toda la especie, evitando así las 500.000 víctimas humanas anuales vinculadas a esta enfermedad.
CRISPR-Cas9 también abre el camino a muchas soluciones de terapia génica como la cura del cáncer , la fibrosis quística , la hemofilia o el Alzheimer . En definitiva, "hacer a los humanos más resistentes" y alargar nuestra esperanza de vida. En mayo de 2017, las primeras pruebas de SIDA realizadas en ratones fueron concluyentes.
Los investigadores chinos utilizaron Crispr-Cas9 en agosto de 2016 en pacientes con cáncer de pulmón . Esta es la primera vez que Crispr se utiliza en humanos adultos. Lu You, oncólogo de la Universidad de Sichuan de China, está tratando de modificar las células T en pacientes con Crispr. En el cáncer, las células T no atacan a las células tumorales porque no pueden distinguirlas de las células sanas. Los investigadores chinos extraerán linfocitos T del paciente y luego intentarán usar Crispr-Cas9 para "cortar" un gen específico llamado PD-1 . La célula genéticamente modificada se multiplica in vitro y la totalidad se reinyecta al paciente (ver también Receptor de antígeno quimérico y Transferencia de células adoptivas ).
En los Estados Unidos, un ensayo similar está a la espera de la autorización de la FDA, el "policía" estadounidense de la salud. La autorización podría llegar antes de fin de año.
Una joven empresa estadounidense especializada en Crispr y financiada por Bill Gates también desea realizar sus primeros ensayos en un ser humano para superar una enfermedad rara que afecta a los ojos.
En 2017, la tecnología CRISPR-Cas9 también permitió avances significativos en las terapias de transferencia celular adoptiva en inmunología al facilitar la reprogramación de células inmunes con éxito terapéutico inicial.
En un artículo publicado en Nature en 2017 , científicos de la Universidad de Pittsburgh utilizaron CRISPR-case.9 para modificar directamente el ADN de las células cancerosas a través de un virus. Las pruebas en ratones han demostrado una reducción de los tumores sin dañar las células sanas. Al final del estudio, todos los ratones tratados seguían vivos a diferencia del grupo de control donde todos los ratones habían muerto.
En 2019, por el contrario, es el ADN de los linfocitos T de pacientes que padecen cáncer ( sarcoma o mieloma múltiple ) el que se modificó gracias a CRISPR-Cas9. La operación implicó desactivar los genes de un receptor que las células cancerosas activan para bloquear el sistema inmunológico y otro receptor que puede dificultar la selección de las células cancerosas.
Hay muchas aplicaciones en curso para la creación y mejora de variedades vegetales .
El uso del sistema CRISPR / Cas9 para la selección varietal permite acelerar y mejorar considerablemente los métodos utilizados actualmente por los creadores de nuevas variedades.
Ya se han establecido tolerancias a las enfermedades en el trigo , el arroz y el pepino . Se puede mejorar la maduración en el tomate . En el futuro, pueden desarrollarse muchas otras aplicaciones, como tolerancias a estreses abióticos (sequía, salinidad, temperatura, etc.), factores de calidad mejorados (compuestos nutricionales), etc.
En diciembre de 2015, la propia Jennifer Doudna expresó sus temores.
Investigadores de la Universidad de Columbia ( Estados Unidos ) advierten sobre los resultados observados en dos ratones . Tratados con éxito por ceguera genética con CRISPR Cas9, los dos roedores exhibieron, después de la terapia, 1.500 mutaciones inesperadas en todo su genoma fuera de las áreas de intervención planificadas. Más preocupante, CRISPR-Cas9 habría causado 100 inserciones o deleciones de secuencias de ADN. Tras la edición de su genoma, los ratones no parecían sufrir patologías particulares, pero estas mutaciones son potencialmente peligrosas y pueden provocar cáncer u otras enfermedades genéticas. Sin embargo, en la semana siguiente a la publicación del estudio, los científicos señalaron errores en el estudio, incluida la identificación como mutación de errores debidos de hecho a diferencias naturales, el bajo número de animales estudiados y errores en la identificación de genes. Científicos de Intellia Therapeutics y Editas Medicine denuncian los resultados y piden que se retire la publicación: “Está claro que los autores no son expertos en CRISPR Cas9, ni en secuenciación del genoma, ni en genética básica. Su identificación de "mutaciones inesperadas" demuestra claramente su falta de conocimiento científico sobre este tema. "
El Instituto Nacional de Salud e Investigación Médica, en una nota del Comité de Ética de febrero de 2016, desarrolla su opinión sobre las tecnologías de edición del genoma. En el punto número 5, Inserm recuerda que con la edición del genoma, la medicina toca una cuestión más filosófica. De hecho, la edición del genoma pondría en tensión la plasticidad de los seres vivos y la idea de una naturaleza humana biológicamente invariante. Quiere, pues, plantear una reflexión sobre la cuestión.
El Comité Internacional de Bioética (CIB) de la Unesco ha pedido una moratoria sobre “técnicas de edición del ADN de células reproductoras humanas con el fin de evitar una modificación“ poco ética ”de las características hereditarias de los individuos, que podría traer de vuelta la eugenesia”. La Unesco también propone un principio general de precaución en su informe de 2015 (propuesta 105).
El 14 de febrero de 2017, "un informe conjunto de la Academia Estadounidense de Ciencias y la Academia Estadounidense de Medicina levantó un tabú" relacionado con estos inconvenientes "al respaldar el uso de esta herramienta para modificar el material genético del embrión humano, incluso si significa que estas modificaciones se transmiten a sus futuros descendientes ”.
Los “kits CRISPR” incluso están disponibles en Internet por $ 150. Un informe de la CIA clasificó CRISPR-Cas9 como un potencial "arma de destrucción masiva". Un biohacker como Josiah Zayner fundó una empresa en 2016 en California para comercializar este tipo de kits, lo que está provocando una batalla legal.
En diciembre de 2020, más de 150 ONG internacionales están pidiendo "una moratoria sobre el impulso genético".