miniaturadeimagen|CRISPR/Cas9. La edición génica o genética CRISPR-CAS (pronunciado «crisper»), acrónimo de «Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats» (en español: repeticiones palindrómicas cortas agrupadas y regularmente interespaciadas), es una técnica de ingeniería genética en biología molecular mediante la cual se pueden modificar los genomas de organismos vivos. Se basa en una versión simplificada del sistema de defensa antiviral bacteriano CRISPR-Cas9. Al introducir en una célula la nucleasa Cas9 en complejo con un ARN guía sintético (ARNg), se puede cortar el genoma de la célula en el lugar deseado, lo que permite eliminar genes existentes y/o añadir otros nuevos in vivo.
La técnica se considera muy importante en biotecnología y medicina, ya que permite editar genomas in vivo de forma muy precisa y sencilla. Puede utilizarse en la creación de nuevos medicamentos, productos agrícolas y organismos genéticamente modificados, o como medio de control de patógenos y plagas. También tiene posibilidades en el tratamiento de enfermedades genéticas hereditarias, así como de enfermedades derivadas de mutaciones somáticas, como el cáncer. Sin embargo, su uso en la modificación genética de la línea germinal humana es muy controvertido. El desarrollo de la técnica les valió a Jennifer Doudna y Emmanuelle Charpentier el Premio Nobel de Química en 2020. El tercer grupo de investigadores que compartió el Premio Kavli por el mismo descubrimiento, liderado por Virginijus Šikšnys, no fue galardonado con el Nobel.
Funcionando como unas tijeras genéticas, la nucleasa Cas9 abre las dos hebras de la secuencia de ADN objetivo para introducir la modificación por uno de dos métodos. Las mutaciones knock-in, facilitadas por la reparación dirigida por homología (HDR), son la vía tradicional de los métodos de edición genómica dirigida. Esto permite la introducción de daños en el ADN y su reparación. La HDR emplea el uso de secuencias de ADN similares para impulsar la reparación de la rotura mediante la incorporación de ADN exógeno para que funcione como plantilla de reparación. Este método se basa en la aparición periódica y aislada de daños en el ADN en el lugar objetivo para que comience la reparación. Las mutaciones knock-out causadas por CRISPR-Cas9 son el resultado de la reparación de la rotura de doble cadena mediante la unión de extremos no homólogos (NHEJ) o la unión de extremos mediada por POLQ/polimerasa theta (TMEJ). Estas vías de unión final pueden dar lugar a menudo a deleciones o inserciones aleatorias en el lugar de reparación, que pueden interrumpir o alterar la funcionalidad de los genes. Por lo tanto, la ingeniería genómica mediante CRISPR-Cas9 ofrece a los investigadores la posibilidad de alterar genes de forma aleatoria y selectiva.
Aunque la edición del genoma en células eucariotas ha sido posible mediante diversos métodos desde la década de 1980, los métodos empleados habían demostrado ser ineficaces y poco prácticos de aplicar a gran escala. Con el descubrimiento de las CRISPR y, en concreto, de la molécula nucleasa Cas9, se hizo posible una edición eficiente y altamente selectiva. La Cas9, derivada de la especie bacteriana Streptococcus pyogenes, ha facilitado la modificación genómica selectiva en células eucariotas al permitir un método fiable para crear una rotura selectiva en un lugar específico designado por las cadenas guía ARNcr y ARNtracr. La facilidad con la que los investigadores pueden insertar Cas9 y ARN molde para silenciar o causar mutaciones puntuales en loci específicos ha demostrado ser inestimable para el mapeo rápido y eficiente de modelos genómicos y procesos biológicos asociados a diversos genes en una variedad de eucariotas. Se han desarrollado nuevas variantes de la nucleasa Cas9 que reducen significativamente la actividad fuera del objetivo.
Las técnicas de edición del genoma CRISPR-Cas9 tienen muchas aplicaciones potenciales. El uso del complejo CRISPR-Cas9-ARNg para la edición del genoma fue elegido por la AAAS como avance del año en 2015. Se han planteado muchas preocupaciones bioéticas ante la perspectiva de utilizar las CRISPR para la edición de la línea germinal, especialmente en embriones humanos. En 2023, se aprobó en el Reino Unido el uso de Casgevy, el primer fármaco que utiliza la edición genética CRISPR para curar la anemia falciforme y la beta talasemia. La Administración de Alimentos y Medicamentos aprobó el uso de Casgevy en Estados Unidos el 8 de diciembre de 2023.
Historia
Otros métodos A principios de la década de 2000, investigadores alemanes comenzaron a desarrollar nucleasas con dedos de zinc (ZFN), proteínas sintéticas cuyos dominios de unión al ADN les permiten crear rupturas de doble hebra en el ADN en puntos específicos. Las ZFN tienen una mayor precisión y la ventaja de ser más pequeñas que Cas9, pero las ZFN no se usan tan comúnmente como los métodos basados en las CRISPR. En 2010, las nucleasas sintéticas llamadas nucleasas efectoras tipo activador de transcripción (TALEN) proporcionaron una forma más sencilla de dirigir una ruptura de doble hebra a una ubicación específica en la cadena de ADN. Tanto las nucleasas con dedo de zinc como las TALEN requieren el diseño y creación de una proteína personalizada para cada secuencia de ADN objetivo, lo cual es un proceso mucho más difícil y que consume más tiempo que diseñar ARN guías. Las CRISPR son mucho más fáciles de diseñar porque el proceso solo requiere sintetizar una secuencia corta de ARN, un procedimiento que ya se utiliza ampliamente para muchas otras técnicas de biología molecular (por ejemplo, crear cebadores de oligonucleótidos).
Mientras que métodos como la interferencia por ARN (ARNi) no suprimen completamente la función génica, CRISPR, ZFN y TALEN proporcionan una inactivación génica completa e irreversible. Las CRISPR también puede dirigirse a varios sitios de ADN simultáneamente simplemente introduciendo diferentes ARN guías (ARNg). Además, los costos de emplear CRISPR son relativamente bajos.
Descubrimiento En 2005, Alexander Bolotin, del Instituto Nacional de Investigación Agronómica de Francia (INRA), descubrió unas locus CRISPR que contenían genes Cas nuevos, destacando uno que codificaba una gran proteína conocida como Cas9.
En 2006, Eugene Koonin, del Centro Nacional para la Información Biotecnológica de Estados Unidos, NIH, propuso una explicación sobre cómo las cascadas CRISPR funcionan como un sistema inmunitario bacteriano.
En 2007, Philippe Horvath, de Danisco France SAS, demostró experimentalmente cómo los sistemas CRISPR son un sistema inmunitario adaptativo e integran nuevo ADN de fagos en la matriz CRISPR, lo cual es cómo combaten la siguiente ola de fagos atacantes.
En 2012, el equipo de investigación dirigido por Jennifer Doudna, profesora de la Universidad de California en Berkeley, y Emmanuelle Charpentier, profesora de la Universidad de Umeå, fueron las primeras personas en identificar, divulgar y presentar una solicitud de patente para el sistema CRISPR-Cas9 necesario para editar el ADN. También publicaron su descubrimiento de que CRISPR-Cas9 podría programarse con ARN para editar el ADN genómico, ahora considerado uno de los descubrimientos más significativos en la historia de la biología.
Patentes y comercialización En noviembre de 2013, SAGE Labs (parte del grupo Horizon Discovery) tenía derechos exclusivos de una de esas compañías para producir y vender ratas genéticamente modificadas y derechos no exclusivos para modelos de ratones y conejos. Para 2015, Thermo Fisher Scientific había licenciado propiedad intelectual de ToolGen para desarrollar kits de reactivos CRISPR.
En diciembre de 2014, los derechos de patente de las CRISPR estaban en disputa. Varias compañías se formaron para desarrollar medicamentos y herramientas de investigación relacionadas. A medida que las empresas aumentaban la financiación, surgieron dudas sobre si las CRISPR podrían monetizarse rápidamente. En 2014, Feng Zhang del Instituto Broad del MIT y Harvard y otros nueve fueron galardonados con la patente estadounidense número 8,697,359 sobre el uso de la edición genética CRISPR-Cas9 en eucariotas. Aunque Charpentier y Doudna (referidas como CVC) fueron acreditadas por la concepción de las CRISPR, el Instituto Broad fue el primero en lograr una "reducción a la práctica" según los jueces de patentes Sally Gardner Lane, James T. Moore y Deborah Katz.
El primer conjunto de patentes se otorgó al equipo de Broad en 2015, lo que llevó a los abogados del grupo CVC a solicitar el primer procedimiento de interferencia. En febrero de 2017, la Oficina de Patentes de EE. UU. falló en un caso de interferencia de patentes presentado por la Universidad de California con respecto a las patentes emitidas al Instituto Broad, y encontró que las patentes de Broad, con reclamos que cubren la aplicación de CRISPR-Cas9 en células eucariotas, eran distintas de las invenciones reclamadas por la Universidad de California.
Poco después, la Universidad de California presentó una apelación a esta decisión. En 2019 se abrió la segunda disputa de interferencia. Esto fue en respuesta a las solicitudes de patente realizadas por CVC que requerían que la junta de apelaciones determinara el inventor original de la tecnología. La USPTO falló en marzo de 2022 en contra de UC, afirmando que el Instituto Broad fue el primero en presentar. La decisión afectó muchos de los acuerdos de licencia para la tecnología de edición CRISPR que fue licenciada de UC Berkeley. UC declaró su intención de apelar el fallo de la USPTO.
Acontecimientos recientes En marzo de 2017, la Oficina Europea de Patentes (OEP) anunció su intención de permitir reivindicaciones para editar todo tipo de células al Instituto Max-Planck de Berlín, la Universidad de California y la Universidad de Viena, y en agosto de 2017, la OEP anunció su intención de permitir reivindicaciones CRISPR en una solicitud de patente que MilliporeSigma había presentado. En agosto de 2017, la situación de las patentes en Europa era compleja, con MilliporeSigma, ToolGen, la Universidad de Vilnius y Harvard contendiendo por reivindicaciones, junto con la Universidad de California y Broad.
En julio de 2018, el Tribunal de Justicia de la Unión Europea dictaminó que la edición genética para plantas era una subcategoría de los alimentos OGM y, por tanto, que la técnica de las CRISPR se regularía en adelante en la Unión Europea por sus normas y reglamentos para los OGM.
En febrero de 2020, una investigación en Estados Unidos demostró la seguridad de la edición genética CRISPR en tres pacientes con cáncer.
En octubre de 2020, las investigadoras Emmanuelle Charpentier y Jennifer Doudna recibieron el Premio Nobel de Química por su trabajo en este campo. Ellas hicieron historia al ser las dos primeras mujeres en compartir este galardón sin un colaborador masculino.
En junio de 2021, el primer pequeño ensayo clínico de edición génica CRISPR intravenosa en humanos se concluyó con resultados prometedores
En septiembre de 2021, el primer alimento editado con CRISPR salió a la venta en Japón. Los tomates se modificaron genéticamente para obtener una cantidad de GABA cinco veces superior a la normal. Las CRISPR se aplicaron por primera vez en tomates en 2014.
En diciembre de 2021, se informó de que el primer animal marino/marisco modificado genéticamente con las CRISPR y el segundo grupo de alimentos modificados con las CRISPR habían salido a la venta en Japón: dos peces de los cuales una especie crece el doble de tamaño que los especímenes naturales debido a la alteración de la leptina, que controla el apetito, y el otro crece hasta 1,2 veces el tamaño medio natural con la misma cantidad de comida debido a la miostatina desactivada, que inhibe el crecimiento muscular.