Cient¨ªficos espa?oles resucitan prote¨ªnas de hace millones de a?os y las usan para corregir el albinismo en c¨¦lulas humanas

Desde hace a?os, cient¨ªficos de todo el mundo buscan microbios en los hielos de la Ant¨¢rtida, en las fosas m¨¢s profundas de los oc¨¦anos y en los entornos volc¨¢nicos m¨¢s hostiles del planeta. Su objetivo es encontrar nuevas prote¨ªnas con las que mejorar las actuales t¨¦cnicas de edici¨®n gen¨¦tica. Esto podr¨ªa abrir la puerta a una nueva era de la ciencia y la medicina en la que se curen multitud de enfermedades corrigiendo el genoma de los pacientes con una facilidad pasmosa. Hoy se publica un estudio dirigido por cient¨ªficos espa?oles que es ¨²nico en su especie, pues ellos no han buscado esas nuevas mol¨¦culas en el espacio, sino en el tiempo: han resucitado prote¨ªnas de organismos extintos que vivieron hace miles de millones de a?os.

Los investigadores se han centrado en recrear enzimas Cas9, las mol¨¦culas que funcionan como tijeras capaces de cortar el ADN de cualquier ser vivo en un punto concreto y que son la base del sistema CRISPR de edici¨®n gen¨¦tica. Desde que se ide¨® en 2012, la t¨¦cnica ha revolucionado la investigaci¨®n en biomedicina, pues permite reescribir el libro de instrucciones de cualquier organismo, y ahora comienza a tener sus primeras aplicaciones en el tratamiento de algunas enfermedades en humanos. Pero este sistema de edici¨®n no es perfecto. Puede introducir errores en el genoma potencialmente peligrosos. De ah¨ª la necesidad de buscar nuevas herramientas de edici¨®n gen¨¦tica.

El CRISPR es el sistema inmune de muchas bacterias y arqueas. Les permite incrustar en su propio genoma secuencias gen¨¦ticas de virus para conservar su retrato robot. Si el virus reaparece, CRISPR lo identifica y Cas9 lo mata cortando su genoma. Una de las mayores preguntas en este campo es c¨®mo se origin¨® este sistema inmune bacteriano, que es much¨ªsimo m¨¢s antiguo que el de los humanos.

Buscando una respuesta, un equipo formado por algunos de los mayores expertos en edici¨®n gen¨¦tica de Espa?a usaron una t¨¦cnica que reconstruye el genoma de organismos extintos. La t¨¦cnica se conoce como reconstrucci¨®n de secuencias ancestrales. Usa potentes ordenadores para comparar los genomas completos de seres vivos actuales ¡ªcada uno compuesto por miles de millones de letras de ADN¡ª y va estimando c¨®mo ser¨ªa el genoma de sus ancestros comunes. De esta forma, los investigadores han hecho un alucinante viaje en el tiempo para recuperar prote¨ªnas Cas presentes en microbios extintos. Las m¨¢s antiguas que han logrado son de hace 2.600 millones de a?os. Tambi¨¦n han realizado paradas intermedias para rescatar prote¨ªnas extintas de microorganismos que vivieron hace 1.000 millones de a?os, 200 millones, 137 millones y 37 millones de a?os.

Los investigadores han creado nuevos sistemas CRISPR usando estas prote¨ªnas ancestrales y se las han inyectado a c¨¦lulas humanas. Los resultados, publicados en Nature Microbiology, muestran que, a pesar de ser tan primitivas, todas las prote¨ªnas son capaces de editar el genoma.

Los investigadores han visto en el laboratorio algo parecido a la evoluci¨®n a c¨¢mara r¨¢pida. La prote¨ªna m¨¢s antigua de todas solo puede cortar cadenas de ADN simple, tal vez m¨¢s sencillas y primitivas, ¡ªel ADN humano est¨¢ formado por cadena doble¡ª. Pero el resto de mol¨¦culas Cas, m¨¢s recientes, s¨ª pueden ya cortar el ADN humano con efectividad creciente y de hecho han sido capaces de corregir dos genes, TYR y OCA2, que provocan albinismo.

A principios de los a?os 90 del siglo pasado, el bi¨®logo Francis Mojica dio nombre a CRISPR como parte de sus estudios de microbios que viv¨ªan en el hostil entorno de las salinas de Santa Pola (Alicante), un trabajo por el que estuvo en la quiniela del Nobel. El investigador tambi¨¦n analiz¨® otras secuencias llamadas PAM que son fundamentales, pues permiten al microbio distinguir entre el genoma de un virus y el suyo propio. Sin los PAM, una bacteria podr¨ªa matarse a s¨ª misma. Lo que muestra el estudio es que las Cas m¨¢s antiguas cortaban sin necesidad de PAM. Mojica, coautor del trabajo actual, resalta su importancia para entender el origen y evoluci¨®n del CRISPR. ¡°Gracias a esta reconstrucci¨®n vemos c¨®mo el sistema inmune de los microbios se fue haciendo menos da?ino para sus portadores y cada vez m¨¢s espec¨ªfico para cada virus¡±, resalta. Adem¨¢s, ¡°este trabajo es importante porque abre una enorme caja de herramientas para crear mejores sistemas de CRISPR¡±, opina.

Ra¨²l P¨¦rez-Jim¨¦nez, investigador del centro vasco de investigaci¨®n cooperativa en nanociencia NanoGUNE y coautor del estudio, detalla el potencial del estudio. ¡°Estas son las prote¨ªnas Cas m¨¢s antiguas que se han obtenido nunca. Creemos que son como un diamante en bruto. Ahora vamos a estudiar c¨®mo las podemos hacer igual de eficientes que las actuales o incluso mejores¡±, se?ala.

El hecho de que las prote¨ªnas primitivas fueran m¨¢s generalistas puede ser una ventaja, pues les permite hacer cosas de las que no son capaces los CRISPR actuales, como cortar a la vez cadenas de ADN dobles y simples y tambi¨¦n secuencias de ARN. ¡°Son como una navaja suiza. Tienen tijeras, sacacorchos, aguja, destornillador. Probablemente no sean las mejores herramientas de su clase, pero las tienen todas¡±, detalla P¨¦rez-Jim¨¦nez.

El investigador y su compa?ero Borja Alonso Lerma han patentado estas nuevas mol¨¦culas, que han sido compradas por Integra Therapeutics, una empresa cofundada por el cient¨ªfico de la Universidad Pompeu Fabra de Barcelona Marc G¨¹ell, tambi¨¦n coautor del estudio, y que busca nuevas f¨®rmulas de edici¨®n gen¨¦tica para tratar diferentes enfermedades. El l¨ªder del consejo cient¨ªfico asesor de la compa?¨ªa es el carism¨¢tico George Church, uno de los mayores expertos mundiales en este campo.

Miguel ?ngel Moreno Pelayo, jefe de gen¨¦tica del Hospital Ram¨®n y Cajal de Madrid y coautor del trabajo, resalta que la reconstrucci¨®n de prote¨ªnas antiguas abre la posibilidad de dise?ar nuevas formas de CRISPR sint¨¦ticas ¡°que no existen en la naturaleza¡±. Entre otros proyectos, su equipo desarrolla este tipo de mol¨¦culas para intentar corregir defectos gen¨¦ticos en pacientes con esclerosis lateral amiotr¨®fica. ¡°Estamos ante un nuevo paradigma¡±, resume el cient¨ªfico.

Otro de los responsables del estudio es Llu¨ªs Montoliu, investigador del Centro Nacional de Biotecnolog¨ªa, en Madrid, quien resalta otra ventaja de las prote¨ªnas Cas primitivas. El potencial para la edici¨®n gen¨¦tica del sistema CRISPR se descubri¨® en bacterias de la especie S. pyogenes. Estos microbios pueden ocasionar infecciones, por lo que muchas personas tienen anticuerpos que pueden provocar reacciones inmunitarias contra el CRISPR extra¨ªdo de ellos. Las Cas primitivas, en cambio, son muy diferentes de cualquier versi¨®n actual, por lo que no las detecta el sistema inmune, una gran ventaja para evitar rechazo en futuras aplicaciones m¨¦dicas, argumenta Montoliu.

El investigador propone una ¨²ltima reflexi¨®n sobre los resultados del estudio. ?Por qu¨¦ los eucariotas, el gran grupo de organismos pluricelulares al que pertenecemos los humanos, no desarrollaron un sistema inmune basado en CRISPR? ¡°Porque es peligroso¡±, razona el cient¨ªfico. ¡°Los sistemas m¨¢s primitivos de CRISPR ya permit¨ªan cortar ADN, pero eran muy poco selectivos, con lo que probablemente acababan aniquilando al organismo que intentaban proteger. En el mundo de las bacterias, el individuo no es importante, lo que importa es la poblaci¨®n, y este sistema les permiti¨® ir evolucionando y perfeccionando un sistema inmune aun al precio de matar a muchos por el camino¡±, concluye.

Miguel ?ngel Moreno Mateos, experto en edici¨®n gen¨¦tica del Centro Andaluz de Biolog¨ªa del Desarrollo, celebra el nuevo estudio. ¡°Es particularmente fascinante la resurrecci¨®n de [prote¨ªnas] Cas9 antiguas y el an¨¢lisis de su actividad miles de millones de a?os despu¨¦s¡±, destaca. ¡°Estas Cas9 resucitadas presentan nuevas posibilidades con un potencial considerable en biotecnolog¨ªa, aunque deben llevarse a cabo m¨¢s estudios y an¨¢lisis para que esto sea una realidad¡±, a?ade.

Puedes seguir a MATERIA en Facebook, Twitter e Instagram, o apuntarte aqu¨ª para recibir nuestra newsletter semanal.