Una t¨¦cnica experimental diagnostica la covid en 40 minutos
La edici¨®n gen¨¦tica se acerca a un test r¨¢pido y apunta a eliminar de golpe el 90% de los coronavirus conocidos
Investigadores de EE UU est¨¢n desarrollando un test r¨¢pido para la covid-19 que puede diagnosticar una infecci¨®n en unos 40 minutos. La nueva tecnolog¨ªa es a¨²n experimental y se basa en la revolucionaria t¨¦cnica de edici¨®n gen¨¦tica CRISPR.
Este sistema funciona como un editor de textos que permite modificar el material gen¨¦tico ¡ªADN¡ª de cualquier ser vivo. La t¨¦cnica fue creada en 2011 por la estadounidense Jennifer Doudna y la francesa Emmanuelle Charpentier y ha supuesto una revoluci¨®n sin precedentes en la investigaci¨®n b¨¢sica. Poco a poco tambi¨¦n se abre paso en el tratamiento experimental de algunas enfermedades, incluido el c¨¢ncer. Lo que ahora demuestra un equipo de la Universidad de California en San Francisco usando la idea original de Doudna es que esta poderosa herramienta tambi¨¦n puede aplicarse al material gen¨¦tico del nuevo coronavirus, hecho de ARN.
Muestras necesarias
Muestra de nariz
o boca del paciente
ARN viral
ARN transcrito a ADN
El ARN se tiene que transcribir en ADN porque esta t¨¦cnica solo funciona con secuencias de ADN.
CRISPR
Se introduce una mol¨¦cula que contiene tres elementos:
1.
2.
3.
Una tira simple de ADN fluorescente.
Una prote¨ªna (Cas12), que es como una tijera que corta el genoma y mata al virus.
Un retrato robot del virus (una secuencia gen¨¦tica que sirve como gu¨ªa).
C¨®mo act¨²a
Se deposita el CRISPR-Cas sobre la muestra.
a.
El CRISPR busca el ADN viral y si lo encuentra el ADN gu¨ªa se acopla a ¨¦l.
b.
Esto activa la tijera Cas, que empieza a cortar cualquier secuencia de una sola tira.
c.
El CAS corta tambi¨¦n la tira fluorescente,
que comienza a brillar.
El resultado se visualiza en una tira,
como un test de embarazo.
Control
Test
Infecci¨®n
Positivo
Negativo
Fuente: Universidad de California
ARTUR GALOCHA / EL PA?S
Muestras necesarias
Muestra de nariz
o boca del paciente
ARN viral
ARN transcrito a ADN
El ARN se tiene que transcribir en ADN porque esta t¨¦cnica solo funciona con secuencias de ADN.
CRISPR
Se introduce una mol¨¦cula que contiene tres elementos:
1.
2.
3.
Una tira simple de ADN fluorescente.
Un retrato robot del virus (una secuencia gen¨¦tica que sirve como gu¨ªa).
Una prote¨ªna (Cas12), que es como una tijera que corta el genoma y mata al virus.
C¨®mo act¨²a
Se deposita el CRISPR-Cas sobre la muestra.
a.
El CRISPR busca el ADN viral y si lo encuentra el ADN gu¨ªa se acopla a ¨¦l.
b.
Esto activa la tijera Cas, que empieza a cortar cualquier secuencia de una sola tira.
c.
El CAS corta tambi¨¦n la tira fluorescente,
que comienza a brillar.
El resultado se visualiza en una tira,
como un test de embarazo.
Control
Test
Infecci¨®n
Positivo
Negativo
Fuente: Universidad de California
ARTUR GALOCHA / EL PA?S
Muestras necesarias
Muestra de nariz
o boca del paciente
ARN viral
ARN transcrito a ADN
El ARN se tiene que transcribir en ADN porque esta t¨¦cnica solo funciona con secuencias de ADN.
CRISPR
Se introduce una mol¨¦cula que contiene tres elementos:
Un retrato robot del virus (una secuencia gen¨¦tica que sirve como gu¨ªa).
Una tira simple de ADN fluorescente.
Una prote¨ªna (Cas12), que es como una tijera que corta el genoma y mata al virus.
1.
2.
3.
C¨®mo act¨²a
Se deposita el CRISPR-Cas sobre la muestra.
a.
El CRISPR busca el ADN viral y si lo encuentra el ADN gu¨ªa se acopla a ¨¦l.
c.
El CAS corta tambi¨¦n la tira fluorescente, que comienza
a brillar.
b.
Esto activa la tijera Cas, que empieza a cortar cualquier secuencia de una sola tira.
El resultado se visualiza en una tira, como el test de embarazo.
Control
Test
Infecci¨®n
Positivo
Negativo
Fuente: Universidad de California
ARTUR GALOCHA / EL PA?S
¡°Esta tecnolog¨ªa es muy interesante porque permitir¨ªa desarrollar un test que cualquiera podr¨ªa hacer en su casa de forma muy r¨¢pida¡±, explica a este diario Jennifer Doudna, investigadora de la Universidad de California en Berkeley. ¡°Esto podr¨ªa informar de una infecci¨®n, especialmente en los casos asintom¨¢ticos¡±, resalta.
El ARN es la mol¨¦cula intermediaria que lee las instrucciones escritas en el ADN y las convierte en prote¨ªnas, las mol¨¦culas ejecutoras de las funciones vitales. Todos los seres vivos, desde las bacterias microsc¨®picas a las descomunales ballenas azules necesitan ADN para vivir y reproducirse.
La estrategia del coronavirus es colarse en medio de este proceso y convencer a nuestras c¨¦lulas de que no es un advenedizo. Esto le permite usar la maquinaria celular para producir copias de s¨ª mismo. Nuestro genoma est¨¢ almacenado en una espiral formada por dos largu¨ªsimas tiras de ADN que se abrochan una en otra como una cremallera. El coronavirus en cambio est¨¢ hecho de una sola tira de ARN y este es el punto d¨¦bil que ha aprovechado el equipo estadounidense.
CRISPR se inspira en el sistema inmune de algunos microbios descubiertos por el espa?ol Francis Mojica en 1993 cuando estudiaba seres unicelulares de las salinas de Santa Pola (Alicante). Estos organismos guardan en su genoma de ADN fragmentos del genoma de los virus con los que se van encontrando a lo largo de su vida. Cuando el virus reaparece, la bacteria lo identifica y activa una prote¨ªna conocida como Cas que corta el genoma del virus en dos y lo mata.
Lo que ha hecho el equipo de San Francisco es crear una mol¨¦cula de CRISPR que contiene cuatro elementos: la secuencia gen¨¦tica de dos genes del nuevo coronavirus que sirven de gu¨ªa, la prote¨ªna Cas 12 que hace de tijera y un tercer fragmento de ADN fluorescente, seg¨²n han publicado en Nature Biotechnology.
¡°Tenemos un 50% de posibilidades de conseguir que este test est¨¦ listo para usarse en esta pandemia¡±Jennifer Doudna, cocreadora de CRISPR
El test se basa en una muestra tomada de la nariz o la boca del paciente. Primero se a?aden productos qu¨ªmicos para transcribir el ARN en ADN, pues la Cas12 solo sabe cortar ADN. Si hay virus, la plantilla que sirve de gu¨ªa se une al genoma del virus y activa la Cas12, programada para cortar las cadenas de material gen¨¦tico de una sola tira que haya en la muestra. De ese modo tambi¨¦n corta la tira fluorescente y la hace brillar. Por ¨²ltimo se realiza un test de flujo lateral, un proceso sencillo muy parecido a los de embarazo, y aparece entonces una segunda barra negra que indica una infecci¨®n. Todo el proceso requiere poco m¨¢s de 40 minutos.
Esta tecnolog¨ªa se basa en el prototipo desarrollado por Doudna en 2018 y est¨¢ patentada por una empresa a la que est¨¢ vinculada, Mammoth Biosciences. Seg¨²n Doudna, la compa?¨ªa ha solicitado la aprobaci¨®n del test a la Agencia Federal de Medicamentos (FDA) de EE UU por la v¨ªa de emergencia en el contexto de la pandemia de covid-19, pero a¨²n tienen que acabar el desarrollo detallado para que la prueba sea lo suficientemente sencilla como para hacerla en casa siguiendo unas sencillas instrucciones. ¡°Creo que tenemos un 50% de posibilidades de conseguir que este test est¨¦ listo para usarse en esta pandemia si consigue pasar todas las etapas regulatorias¡±, explica Doudna.
El equipo de Feng Zhang, otro pionero del CRISPR que trabaja en el Instituto Broad del MIT y Harvard y que est¨¢ inmerso en una larga batalla jur¨ªdica con la Universidad de California por las patentes sobre esta tecnolog¨ªa, tambi¨¦n ha desarrollado un test similar para el nuevo coronavirus que en este caso es capaz de detectar directamente el ARN del virus sin necesidad de transcribirlo.
"Creo que estamos viendo el comienzo de una segunda pugna por ser los primeros en aplicar esta t¨¦cnica al diagn¨®stico de la covid-19¡±, opina Lluis Montoliu, investigador del Centro Nacional de Biotecnolog¨ªa (CNB-CSIC). ¡°Por un lado, el test de Doudna tiene una capacidad de detecci¨®n del virus 10 veces menor que la PCR. Esto no da problemas si la carga viral es media o alta, pero s¨ª podr¨ªa dar falsos negativos si la persona est¨¢ muy al principio de la infecci¨®n o saliendo de ella¡±, explica. ¡°Por otro lado, esta t¨¦cnica requiere reactivos qu¨ªmicos m¨¢s sencillos que la PCR y no hace falta personal especializado para llevarla a cabo, lo que es una ventaja¡±, detalla.
El siguiente paso en esta carrera era evidente y el primero en darlo ha sido otro equipo de EE UU dirigido por Lei Qi, de la Universidad de Stanford. Su equipo ha desarrollado un CRISPR para detectar ARN del virus y matarlo cort¨¢ndolo por la mitad. El genoma del coronavirus es una tira sencilla de ARN. En cada extremo tiene unas mol¨¦culas protectoras que lo enmascaran para no ser detectado y eliminado. La nueva herramienta, que responde a las siglas de PACMAN (acr¨®nimo ingl¨¦s de profil¨¢ctico antiviral de CRISPR para c¨¦lulas humanas), va dirigido a una regi¨®n intermedia del genoma, con lo que puede unirse a ¨¦l sin problema y activar la tijera, que en este caso es la prote¨ªna Cas13d, capaz de cortar ARN directamente. El sistema es capaz de eliminar el 80% de secuencias gen¨¦ticas del coronavirus en c¨¦lulas humanas del pulm¨®n, seg¨²n un estudio publicado en Biorxiv a¨²n sin revisi¨®n por otros expertos. El trabajo a?ade que har¨ªan falta solo seis variantes de CRISPR para poder eliminar el 90% de todos los coronavirus conocidos. Esta herramienta ¡°tiene el potencial de ser implementada con rapidez para combatir variantes pand¨¦micas de coronavirus¡±, escriben los autores del trabajo.
El estudio de Stanford
En este caso no es necesaria la traducci¨®n
de ARN en ADN.
Muestra de nariz
o boca del paciente
ARN viral
La prote¨ªna utilizada (Cas 13d) no corta cualquier
secuencia de ARN que encuentra, como en el
caso anterior.
Y se deshace de los
protectores del virus,
presentes al final de
la secuencia
Sino que solo corta la secuencia
exacta que se le indica.
Fuente: Universidad de Stanford.
ARTUR GALOCHA / EL PA?S
El estudio de Stanford
En este caso no es necesaria la traducci¨®n
de ARN en ADN.
Muestra de nariz
o boca del paciente
ARN viral
La prote¨ªna utilizada (Cas 13d) no corta cualquier
secuencia de ARN que encuentra, como en el
caso anterior.
Sino que solo corta la secuencia
exacta que se le indica.
Y se deshace de los
protectores del virus,
presentes al final de
la secuencia
Fuente: Universidad de Stanford.
ARTUR GALOCHA / EL PA?S
El estudio de Stanford
En este caso no es necesaria
la traducci¨®n de ARN en ADN.
La prote¨ªna utilizada (Cas 13d) no corta cualquier secuencia
de ARN que encuentra, como en el caso anterior.
Muestra de nariz
o boca del paciente
ARN viral
Y se deshace de los
protectores del virus,
presentes al final de
la secuencia
Sino que solo corta la secuencia
exacta que se le indica.
Fuente: Universidad de Stanford.
ARTUR GALOCHA / EL PA?S
Este tipo de edici¨®n gen¨¦tica ser¨ªa m¨¢s factible que la que se centra en ADN, pues no necesita penetrar en el n¨²cleo de las c¨¦lulas y manipular su sacrosanta secuencia, en la que cualquier fallo o defecto introducido puede causar da?os o pasar de generaci¨®n en generaci¨®n. Pero el ARN es una mol¨¦cula esencial para la vida y es posible que este tipo de intervenci¨®n no solo corte el ARN del virus, sino tambi¨¦n el de su hu¨¦sped. La tijera molecular Cas 13d es en este sentido m¨¢s precisa, pues no corta indiscriminadamente.
El bi¨®logo molecular Miguel ?ngel Moreno Mateos, investigador del Centro Andaluz de Biolog¨ªa del Desarrollo, es uno de los mayores expertos espa?oles en estas tijeras moleculares. En un trabajo reciente, su equipo ha explorado la efectividad de la Cas 13d en embriones de peces cebra y de ratones. ¡°Lo que hemos visto es que la t¨¦cnica es limpia, segura y eficiente pues corta el 80% de las secuencias diana y no causa da?o, los animales se desarrollan de forma normal¡±, se?ala.
Este mismo mes un equipo de cient¨ªficos chinos ha anunciado la aplicaci¨®n de estas tijeras por primera vez a animales adultos. Han demostrado que pueden administrar CRISPR a ratones que sufren muerte neuronal y transformar c¨¦lulas inmunes de la gl¨ªa de sus cerebros en nuevas neuronas, lo que alivi¨® la par¨¢lisis y los s¨ªntomas similares al p¨¢rkinson, tal y como explican en la revista Cell. El trabajo apunta a que esta puede ser una nueva v¨ªa para tratar enfermedades neurol¨®gicas sin tratamiento en humanos.
Pero al igual que cualquier otra posible terapia, estas versiones de CRISPR afrontan ahora el llamado valle de la muerte: el largo proceso de validaci¨®n precl¨ªnica en animales y las pruebas necesarias en humanos en el que fracasan m¨¢s del 95% de todos los tratamientos experimentales.
¡°Este es un sistema prometedor, pero a¨²n hay que desarrollar una forma de trasladarlo de forma segura y eficiente al interior de las c¨¦lulas del paciente, por ejemplo a sus pulmones, sin causar da?os¡±, advierte Moreno Mateos, cuyo equipo usa esta tecnolog¨ªa de inhabilitar ARN espec¨ªficos para estudios b¨¢sicos sobre la funci¨®n de ciertos genes en animales. ¡°En cuanto a las terapias para covid-19, las que m¨¢s posibilidades tienen ahora mismo son las que ya est¨¢n aprobadas para otros usos. La cuesti¨®n es que probablemente ninguna de ellas sea perfecta y ah¨ª es donde CRISPR tiene mucho que decir por su capacidad de degradar de forma espec¨ªfica el genoma de este y otros virus. Hay un campo de investigaci¨®n muy prometedor¡±, resalta.
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