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El gran impacto de Gene Drive y CRISPR/CAS9.

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7 enero 2022

AUTORES

  1. Macarena Hidalgo De La Cruz. Técnico Superior en Laboratorio de Diagnóstico Clínico.
  2. Marta Salas Ostalé. Técnico Superior en Laboratorio de Diagnóstico Clínico.
  3. Sheila María Benito Galindo. Técnico Superior en Laboratorio de Diagnóstico Clínico.
  4. Aida Pérez Bona. Técnico Superior en Laboratorio de Diagnóstico Clínico.
  5. Carla del Amo Arregui. Técnico Superior en Laboratorio de Diagnóstico Clínico.
  6. María Clara Ormazabal Cundin. Técnico Superior en Laboratorio de Diagnóstico Clínico.

 

RESUMEN

Gene drive, en español conocido como “genética dirigida” o “impulso genético” se trata de un mecanismo para la herencia preferencial de una secuencia de ADN en particular, por lo que podemos decir que los impulsos genéticos pueden forzar la herencia mediante el diseño de secuencias genética con un rasgo deseable.

Esto también puede ocurrir de forma natural en el organismo a través de los comúnmente conocidos elementos genéticos egoístas que se pueden transmitir de generación en generación.

El gene drive no es una técnica novedosa, ya se ha intentado aplicar en varias ocasiones con el fin de modificar poblaciones naturales de organismos, pero hasta este momento, con el descubrimiento de CRISPR, no hemos podido diseñarlo de forma rápida, económica y efectiva.

La genética dirigida está enfocada a estrategias, desde la modificación genética de vectores causantes de enfermedades en el ser humano, buscando su exterminio o la forma de que éstos dejen de ser portadores de la enfermedad, hasta estrategias como ayudar a especies en peligro de extinción mejorando su supervivencia, o por lo contrario eliminando plagas que ponen en riesgo a especies endémicas en peligro.

Dicha tecnología supone un gran conflicto ético ya que no todo el mundo está de acuerdo con alterar la naturaleza de forma tan drástica.

 

PALABRAS CLAVE

Gene drive, genética dirigida, impulso genético, CRISPR, elementos genéticos egoístas.

 

ABSTRACT

Gene drive, known as “directed genetics” or “genetic impulse”, is a mechanism for preferential inheritance of a particular DNA sequence, so we can say that genetic impulses can force inheritance by designing gene sequences with a desirable trait.

This can also happen naturally in the body through the commonly known selfish genetic elements that can be passed on from generation to generation.

Gene drive is not a new technique, it has already been tried several times to modify natural populations of organisms, but up until now, with the discovery of CRISPR, we have not been able to design it quickly, economically and effectively.

Directed mutagenesis is focused on strategies, from the genetic modification of disease-causing vectors in humans, seeking to exterminate them or to make them stop being carriers of the disease, to strategies such as helping endangered species by improving their survival, or, on the contrary, eliminating pests that put endanger endanger endangered endemic species.

 

KEY WORDS

Gene drive, directed mutagenesis, Gene drive, Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, Selfish Gene.

 

DESARROLLO DEL TEMA

La genética dirigida o impulso genético es una tecnología de ingeniería genética cuyo mecanismo es la modificación y propagación de cierto gen deseable entre una población determinada mediante diferentes elementos genéticos como son los impulsores meióticos, los impulsores hospedantes, los cromosomas B o los elementos transponibles. El fin de esta tecnología es conseguir una herencia acelerada de una generación a la siguiente del gen concreto aunque no contribuyan de forma positiva a la especie que lo porta 1.

Gene Drive no es algo nuevo durante décadas se han buscado sistemas génicos que consiguieron controlar plagas y vectores transmisores de enfermedades, los primeros inventos se remontan al 1930-40, en 1968 uno de los pioneros en el estudio para combatir a la malaria, propuso la mutación por translocación cromosómica para esterilizar a estos mosquitos, en los años 70 se liberan por primera vez insectos quimiosterilizados separados de las hembras por un sistema de sexado genético y cursó con éxito 5 , siguieron con estudios y ensayos hasta la actualidad en la que podemos decir que las herramientas principales empleadas son las de meganucleasas como la nucleasa de dedo de zinc (ZFN), las nucleares efectivas tipo activador de transcripción (TALEN) y las repeticiones palindrómicas cortas agrupadas regularmente interespaciales (CRISPR) 8 hasta que aparece CRISPR/Cas9 y hace posible lo mismo pero de forma simple, accesible y asequible 2 ,10.

 

CRISPR/Cas9 fue descrito en 2012 por Jennifer Doudna y Emmanuele Charpentier y tan solo seis meses más tarde Feng Zhang demuestra que dicho sistema es factible 6.

Este novedoso método de edición genética es extraído de la naturaleza ya que se trata de un mecanismo de defensa bacteriana frente a virus el cual usa un ARN guía (ARNg) y la enzima Cas9. Por un lado el ARNg se une a la cadena de ADN complementaria en el virus, Cas9 lo corta desactivándolo y finalmente la célula repara el ADN introduciendo mutaciones o nuevo fragmento 9.

El desarrollo de esta tecnología la cual permite que la edición genética sea de manera eficiente y precisa, ha hecho que Jennifer Doudna y Emmanuele Charpentier reciban el Premio Nobel de Química en 2020 7.

Esta aplicación biotecnológica se basa en la construcción de una nueva secuencia de ADN que contendrá un gen “cargado” el cual será el que controle el rasgo deseado, un ARN guía que será complementario a la secuencia en el sitio de inserción, esto junto con la enzima Cas9, lo prepararemos en un tubo de ensayo o en el núcleo de una célula viva para posteriormente implementarlo en el organismo de estudio con el fin de transformar el organismo objetivo

El ARNg es la guía del ARN, Cas9 es una endonucleasa que corta doblemente el ADN para añadir a ese espacio la carga que es el material genético deseado (fig.1) 4.

CRISPR/Cas9 puede cambiar varios genes a la vez, lo cual es útil para enfermedades complejas, también puede usarse en células madre para transformarlas en cualquier otra célula, incluso en huevos fertilizados lo cual produce animales transgénicos 4.

 

Por ejemplo implantación de un gen que haga inmune al mosquito Anopheles contra Plasmodium falciparum (protozoo causante de la malaria). Las células del mosquito se encargará de copiar las secuencias de Cas9 y ARNg junto con el gen modificado al otro cromosoma homólogo, obteniendo así mosquitos transgénicos portadores del gen modificado y homocigotos por lo que habrá una transmisión forzosa del mismo gen a sus descendientes, consiguiendo así, con el paso de generaciones, una mayoría de mosquitos inmunes a Plasmodium falciparum y de esta manera erradicando la enfermedad de la malaria (fig.2) 3.

Como mencionaba anteriormente el propósito del impulso genético es modificar el destino de una población, diseñando un gen de carga útil en un organismo y liberando a este para propagarlo entre los descendientes de la especie de forma acelerada. Según el efecto del impulsor génico sobre estas poblaciones, podemos distinguir tres tipos: impulsores de erradicación, de supresión y de rescate 12.

Los genoimpulsores de erradicación y supresión están diseñados principalmente para erradicar o reducir posibles vectores transmisores de enfermedades en humanos y para el control de plagas agrícolas, aunque también puede usarse para una buena conservación del ecosistema dirigiéndolo a especies invasoras que amenazan la biodiversidad del lugar 13.

Por el contrario, los impulsores de rescate se pueden utilizar para conservar especies en peligro de extinción, ello se conseguiría mediante la inserción de genes beneficiosos o a través de la eliminación de las dañinas. De gran utilidad para la agricultura 12.

Debemos mencionar que emplear esta tecnología del impulso genético tiene sus riesgos, los cuales debemos tener presentes con el objetivo de prevenirlos, entre ellos destacamos la posible pérdida de la heterocigosidad en los impulsores de rescate. Se ha demostrado que en algunos casos puede llegar a ocasionar cambios nada beneficiosos realmente drásticos 14.

Otro de los peligros asociados a la genética dirigida es la propagación a especies no deseadas lo cual podría tener un gran efecto a nivel ecosistémico.Hay evidencias de transferencia de endonucleasas hospedadoras naturales entre especies 12, 15.

 

Cabe destacar también los riesgos que conlleva eliminar una especie de un ecosistema, aunque la los genoimpulsores no son mecanismo exclusivo de este riesgo pero contribuyen en gran medida. La ausencia de alguna especie podría alterar a sus depredadores buscando consumo en otras zonas o de otras especies. Por otro lado los impulsores de rescate podría conseguir el efecto adverso de que aquellas especies que estuvieran en peligro de extinción en consecuencia a su aplicación acabarán superpoblados 16.

Ante la variedad y gravedad de riesgos existentes se han consensuado una serie de medidas preventivas que no conseguirán eliminarlos aunque sí minimizar las probabilidades. Las medidas propuestas para controlar el impulsor genético son confinamiento ecológico, contención física, confinamiento reproductivo, confinamiento molecular e identificación molecular, además en el momento de liberar el impulsor génico se debería tener disponible una estrategia que lo inactiva en caso de evidenciar efectos adversos 17.

 

CONCLUSIONES

La ingeniería genética avanza a pasos agigantados, en cuestión de poco tiempo vemos como nos ofrece la posibilidad de minimizar o erradicar enfermedades, ayudar al ecosistema, incluso proporcionar mejoras en organismos y además ahora todo ello es posible de forma sencilla, asequible y eficaz, todas estas características son verdaderamente atractivas pero la realidad es que existe un gran conflicto bioético con el uso de la genética dirigida, muchas personas se preguntan si todo este beneficio que causa el diseño de genes propagados no podría retrovertirse causando más perjuicios a largo plazo por la alteración de los ecosistemas y su biovariabilidad. Es importante tener en cuenta los riesgos que suponen estas tecnologías y estar muy preparados para poder evitarlos fácilmente, hoy en día existen una serie de directrices consistentes en mantener los impulsores genéticos confinados en el laboratorio, pero no existen tales redes de seguridad para los impulsores genéticos liberados en la naturaleza y esto plantea cuestiones éticas.

Por supuesto se trata de una tecnología poderosa que requiere una regulación estricta, tanto en organismos humanos como en los no humanos, pero algo importante a tener en cuenta es que no serviría de nada implementar dicha normativa en unos países mientras en otros no lo hacen o disponen de una regulación ambigua. Hay evidencias de que China lidera el desarrollo en edición génica en humanos y a día de hoy se están solicitando moratorias para la implementación de la técnica en líneas germinales humanas.

Antes comenzar esta fase sería conveniente valorar todos los riesgos y consecuencias descritas, deberíamos estar más preparados y unificar criterios globalmente en cuanto a la regulación de una normativa consensuada.

 

BIBLIOGRAFÍA

  1. Burt A, Crisanti A. Gene Drive: Evolved and Synthetic. ACS Chem Biol. 2018;13(2):343-6.
  2. Donohoue PD, Barrangou R, May AP. Avances en biotecnología industrial utilizando sistemas CRISPR-Cas. Tendencias Biotecnol. 2018 Feb;36(2):134-146.
  3. Andrew M. Hammond & Roberto Galizi Gene drives to fight malaria: current state and future directions, Pathogens and Global Health. 2017; 111(8): 412-423.
  4. Gantz, V. M., & Bier, E. The mutagenic chain reaction: a method for converting heterozygous to homozygous mutations. Science. (2015); 348(6233): 442-444.
  5. Curtis, CF. Review of previous applications of genetics to vector control. Frontis; 2005: 33-43.
  6. Caballero Hernández, D. E., & Rodríguez Padilla, C. La revolución de Crispr/Cas9: el Santo Grial de la ingeniería genética. Ciencia UANL. 2016; 19(78): 8-10.
  7. Herrera-Cabrera, B. E., Salgado-Garciglia, R., López-Valdez, L. G., Reyes, C., Montiel-Montoya, J., Martínez, F. Z., & BARRALES-CUREÑO, H. J. Edición genómica con CRISPR/Cas9: Premio Nobel de Química 2020. Revista de Química. 2021; 35(1): 22-30.
  8. Hillary, V. Edwin, Stanislaus Antony Ceasar, and S. Ignacimuthu. “Genome engineering in insects: focus on the CRISPR/Cas9 system.” Genome Engineering via CRISPR-Cas9 System. Academic Press. 2020; 219-249.
  9. Velasco Carballo, F. J. Sistema CRISPR-CAS: La nueva era en genética aplicada. 2021; https://hdl.handle.net/10953.1/13999.
  10. Píriz, Selene. “Puesta a punto del sistema de edición genómica CRISPR/Cas9 en Trypanosoma cruzi. Uruguay. 2021 https://hdl.handle.net/20.500.12008/28176.
  11. Mayordomo, E. Temas actuales: el sistema CRISPR/Cas9. 2020.
  12. Rode, N., Estoup, A., Bourguet, D., Courtier-Orgogozo, V., & Débarre, F. Population management using gene drive: molecular design, models of spread dynamics and assessment of ecological risks. Conservation Genetics. 2019; 20(4): 671-690.
  13. Oye, K. A., Esvelt, K., Appleton, E., Catteruccia, F., Church, G., Kuiken, T., & Collins, J. P. Regulating gene drives. Science. 2014; 345(6197): 626-628.
  14. Gorter de Vries, A. R., Couwenberg, L. G., Van Den Broek, M., De La Torre Cortés, P., Ter Horst, J., Pronk, J. T., & Daran, J. M. G. Allele-specific genome editing using CRISPR–Cas9 is associated with loss of heterozygosity in diploid yeast. Nucleic acids research. 2019;47(3): 1362-1372.
  15. Wedell, N., Price, T. A. R., & Lindholm, A. K. Gene drive: progress and prospects. 2019.
  16. Phelps, M. P., Seeb, L. W., & Seeb, J. E. Transforming ecology and conservation biology through genome editing. Conservation Biology. 2020; 34(1): 54-65.
  17. Vella, M. R., Gunning, C. E., Lloyd, A. L., & Gould, F. (2017). Evaluating strategies for reversing CRISPR-Cas9 gene drives. Scientific reports. 2017; 7(1): 1-8.

 

ANEXOS EN PDF