Cuando CRISPR irrumpió en la escena de la biotecnología, se hizo famoso por su destreza en el corte preciso: romper una cadena de ADN objetivo, silenciar un gen. Pero la herramienta llegó con problemas. Aunque era mucho más eficaz que las herramientas anteriores para manipular el genoma, CRISPR-Cas9 era en esencia un carnicero genético. Para editar un gen, el primer paso era romper su columna vertebral y esperar el resultado deseado mientras la célula se esforzaba por curar el daño.

Entra en las nuevas iteraciones. Los científicos pronto descubrieron un universo entero de proteínas Cas con funciones muy diferentes. CRISPR adquirió rápidamente nuevas habilidades, pasando de ser un par de tijeras afiladas a una navaja suiza, capaz de una miríada de ediciones genéticas diferentes. Intercambiar una letra de ADN ? Claro que sí. Activar un gen ? ¿Por qué no? ¿Qué tal si renunciamos a cortar un gen por completo, y en su lugar buscamos y sustituimos nuestro código genómico sin cortar las dos cadenas de ADN? Edición principal sube al estrado .

Sin embargo, todos estos productos derivados siguen requiriendo un corte en el genoma. Al igual que una cirugía mínimamente invasiva, el daño es pequeño, pero conlleva el riesgo de un cambio de imagen genómica demasiado entusiasta -y efectos secundarios desconocidos- si el sistema se descontrola.

¿Qué tal si se suprime cualquier recorte de ADN?

A estudiar publicado la semana pasada enCélula Molecular dio un paso hacia ese nuevo concepto radical de CRISPR. Dirigido por la Dra. Jennifer Doudna, de la Universidad de California Berkeley, que compartió un Premio Nobel como pionera en este campo, el estudio se centró en el primo menos famoso y mucho más enigmático de Cas9, Cas12c.

Es la oveja negra de la familia Cas. A diferencia de otros miembros, Cas12c carece por completo de la capacidad de cortar el ADN. En cambio, en las células bacterianas, se une a los virus invasores y protege las células vulnerables sin destruir el ADN del virus. El resultado final es un potente sistema de defensa antiviral que no grava el funcionamiento interno de la célula huésped, pero que la hace invencible a ciertas infecciones virales.

El estudio demuestra que la trituración del ADN viral no es la única vía de defensa antiviral, al menos en las células bacterianas, según los autores. Pero lo más importante es que sólo hemos empezado a arañar la superficie de los editores de genes CRISPR.

«La diversidad de CRISPR es asombrosa y demuestra diversas estrategias adoptadas por las bacterias para contrarrestar la invasión de los fagos. Proporciona una fuente increíble para el desarrollo de la biotecnología», dijo el Dr. Gaétan Burgio, un genetista que trabaja en infecciones y CRISPR en la Universidad Nacional de Australia, que no participó en el estudio.Singularity Hub.

El extraño Cas

El CRISPR-Cas9 clásico es un equipo de amigos. Uno de los componentes, el ARN guía (ARNg), es el sabueso que busca la secuencia de ADN objetivo. Una vez detectada, Cas9 se concentra en el lugar y corta eficazmente la doble hélice. El sistema se encontró inicialmente en las bacterias como un mecanismo de defensa inmunitaria, y posteriormente se convirtió en la potencia de edición de genes actual.

Pero Cas9 no es el único sheriff de las tijeras en la ciudad. En 2015, varios estudios descubrieron un primo lejano, llamado Cas12, y no solo un miembro, sino toda una familia de proteínas. con diferentes funciones . Varios miembros de Cas12 pronto ganaron fama por su pequeño tamaño y simplicidad y se estudiaron para su uso clínico. Con una pizca de creatividad e ingenio, CRISPR-Cas12 tomó la escenario mundial en la lucha contra el Covid-19 como forma de detectar el SARS-CoV-2, el virus que causa la enfermedad.

Cuando Cas12 saltó a la fama, los científicos empezaron a profundizar en esta misteriosa familia de proteínas. «Lo que nos motiva es cómo todavía hay tanta diversidad de CRISPR por caracterizar en la naturaleza». dijo El Dr. David Scott, de Arbor Biotechnologies, en aquel momento, en busca de proteínas con nuevas funcionalidades. Un cribado de casi 300.000 posibles combinaciones CRISPR-Cas12 permitió esbozar el árbol genealógico en tres ramas principales con ocho miembros, cada uno teóricamente capaz de cortar el ADN.

La Cas12c se destacó como un bicho raro. Esta enzima, que se encontraba originalmente en pequeños fragmentos de ADN de la vida marina y del intestino, compartía características con sus hermanos en el sentido de que se unía fácilmente al ADN objetivo.

Pero en un estudio tras otro dentro de placas de Petri, Cas12c carecía por completo de la capacidad de cortar el ADN.

La gente consideraba que Cas12c era un fracaso en la edición de genes. El nuevo estudio se preguntaba: ¿y si en lugar de cortar el ADN, hace otra cosa?

La zona de peligro

Cortar o editar el ADN no es la única forma de cambiar sus instrucciones. Para diseñar las proteínas que componen nuestro cuerpo, la célula empieza por transcribir el ADN en ARN. El ARN es el intérprete global biológico: transporta la información genética desde el núcleo, un castillo parecido a un melocotón que alberga el ADN, hasta una especie de impresora 3D celular que convierte los datos del ADN en proteínas.

En otras palabras: sin ARN, sin proteínas, no hay vida.

Este primer paso del ADN al ARN se llama transcripción. Inhibir la transcripción básicamente apaga la influencia de un gen (sin cambiar sus letras de ADN). Es una estrategia que los médicos utilizan para tratar los cánceres con un componente genético, pero rara vez se utiliza para la edición CRISPR.

Aquí, el equipo confirmó por primera vez que Cas12c es un fracaso para cortar el ADN. Spoiler: como un par de tijeras sin filo, no funcionó contra ninguna iteración de ADN – doble cadena, cadena simple, trozos largos o cortos. En lugar de cortar el ADN, una parte de la proteína Cas normalmente dedicada a la edición del ADN parece cortar una versión preliminar del ARNg, la parte que guía el sistema CRISPR. En otras palabras, Cas12c tiene el superpoder de hacer sabuesos de ARNg, una capacidad raramente vista en otros miembros de la familia Cas.

Se trata de un «papel distinto» al de «la mayoría de los otros sistemas», explicó el equipo.

Top Gun

Al igual que nuestras células, las bacterias luchan por defenderse de los invasores virales. Un enemigo especialmente duro es el bacteriófago, un virus de aspecto cómico que inyecta su material genético en las células para replicarse. (Aunque son conocidos por las bacterias, estos bichos arácnidos podrían ser nuestra gracia salvadora contra la resistencia a los antibióticos).

En una de las pruebas, el equipo propagó fagos en células bacterianas con Cas12 y el ARN guía adecuado, o sin él. A diferencia de otros miembros de la familia, Cas12c fue la estrella del rock: redujo las placas virales en mil veces, independientemente de la hebra de ADN a la que se dirigiera la enzima. En general, el sistema funcionaba de forma similar a una versión anterior de corte de ADN apodada Cas12a desactivada. Pero en lugar de un corte violento, Cas12c esencialmente dio al virus un abrazo cálido y mortal, apagando a su vez los principales genes que necesita para reproducirse.

«Descubrimos que Cas12c es el primer ejemplo demostrado de un sistema natural que se dirige al ADN» que «proporciona inmunidad antiviral» sin necesidad de cortar el ADN, concluyen los autores.

No es la primera vez que los científicos aprovechan las enzimas Cas que no cortan. Al mutar Cas9 o Cas12a, por ejemplo, los científicos han creado versiones alternativas «muertas» que sólo pueden unirse al ADN pero no cortar sus delicadas hebras. Estas son «ampliamente utilizadas en el campo de la edición de genes», dijo Burgio. Pero la capacidad de Cas12c tiene una ventaja: funciona en cualquiera de las dos cadenas de ADN, mientras que los mutantes modificados genéticamente a menudo sólo pueden dirigirse a una, lo que limita su alcance.

«Cas12c estaría ampliando el conjunto de herramientas disponibles de enzimas que se unen al ADN», dijo Burgio.

Por ahora, el nuevo sistema es más una rareza para examinar la inmunidad de CRISPR que una herramienta inmediata para editar nuestros propios genomas. Con más trabajo, la enzima podría algún día ayudar en los estudios que bloquean la transcripción crítica de ADN a ARN o para la reparación mutacional, pero es necesario probarla más.

Desde su creación, CRISPR-Cas ha ido evolucionando hasta convertirse en herramientas cada vez más eficaces, potentes y flexibles para rediseñar nuestra información genética. Como cualquier caja de herramientas flexible, las opciones siguen creciendo. Mientras una estrategia recorre un multiverso de bacterias naturales para los candidatos de Cas, otros aprovechar evolución dirigida y la biología sintética para seguir generando, y experimentando, herramientas de biohacking para alterar nuestra biología de base.

«Es un mundo realmente fascinante de observar y todavía tiene mucho que dar», dijo Burgio.

Crédito de la imagen: Ricarda Mölck de Pixabay