Durante años, científicos de todo el mundo han estado buscando microbios en el hielo. Antártida, en las fosas oceánicas más profundas y en los ambientes volcánicos más hostiles del planeta. El objetivo es rastrear nuevas proteínas que puedan usarse para mejorar las técnicas de edición de genes. Esto puede abrir la puerta a una nueva era de la ciencia y la medicina, en la que muchas enfermedades pueden tratarse corrigiendo los genomas defectuosos de los pacientes con una facilidad sorprendente.
Hoy se ha publicado un estudio de un grupo de científicos españoles que no solo buscaban nuevas moléculas en el espacio, sino que las buscaban en el tiempo. El equipo logró revivir proteínas de organismos que se extinguieron hace miles de millones de años.
Los investigadores se centraron en recrear las enzimas Cas9, moléculas que actúan como tijeras, capaces de cortar el ADN de cualquier organismo. Esta es la base del sistema de edición de genes CRISPR.
CRISPR es el sistema inmunológico de muchas bacterias y arqueas. Les permite incrustar las secuencias genéticas del virus en su genoma para que, si el virus vuelve a aparecer, CRISPR pueda identificarlo, mientras que las enzimas Cas9 pueden cortar su genoma.
Desde su desarrollo en 2012, el sistema de edición de genes CRISPR ha revolucionado la investigación biomédica, permitiendo reescribir el manual de instrucciones de cualquier organismo. Ahora, ha comenzado a usarse para tratar algunas enfermedades en humanos. Sin embargo, este sistema de edición de genes no es perfecto: puede conducir a errores potencialmente peligrosos en el genoma. La búsqueda de alternativas más seguras continúa.
La pregunta pendiente en el campo de la genética es cómo surgió el sistema inmunitario bacteriano, mucho más antiguo que el de la humanidad. En busca de una respuesta, un equipo formado por algunos de los principales expertos españoles en edición de genes ha utilizado tecnología para reconstruir los genomas de criaturas extintas. Esta técnica se conoce como reconstrucción de secuencias ancestrales. Utiliza computadoras poderosas para comparar los genomas completos de los organismos, cada uno compuesto por miles de millones de letras de ADN, y evaluar cómo se habrían visto los genomas de sus ancestros comunes.
Hasta ahora, los investigadores han logrado avances impresionantes en la recuperación de proteínas Cas de microbios extintos. El más antiguo que descubrieron es de hace 2.600 millones de años. También rescataron protozoos extintos de microorganismos que vivieron hace entre 37 y 1.000 millones de años.
Los investigadores crearon nuevos sistemas CRISPR utilizando estas proteínas antiguas y las inyectaron en células humanas. Los resultados, publicados en la revista Nature Microbiology, muestran que, a pesar de ser muy primitivas, todas estas proteínas antiguas son capaces de modificar el ADN moderno. células humanas
A principios de la década de 1990, el biólogo Francis Mujica estaba estudiando los microbios que vivían en el ambiente hostil de las salinas de Santa Pola, en la Comunidad Valenciana de España. También analizó una secuencia de ADN conocida como PAM, que permite a los microbios distinguir entre sus genomas y los de los virus. Sin PAM, las bacterias pueden matarse fácilmente. Pero el nuevo estudio, del cual Mojica es coautor, sugiere que algunas de las enzimas CAS más antiguas pueden cortar con precisión el ADN sin necesidad de PAM.
Mojica destaca la importancia de este descubrimiento para entender el origen y evolución de CRISPR:
“Gracias a esta recuperación, podemos ver cómo el sistema inmunológico se ha vuelto menos dañino para sus portadores de microbios y más específico para cada virus”.
Además, «este trabajo es importante, ya que abre una enorme caja de herramientas para crear mejores sistemas CRISPR».
Raúl Pérez Jiménez, coautor del estudio e investigador del Centro Vasco de Investigación Colaborativa en Nanociencia, también ve mucho potencial en la investigación.
Estas son las proteínas Cas más antiguas jamás obtenidas. Ahora, vamos a examinar cómo podemos hacerlos tan efectivos como los actuales, ¡o incluso mejores! «
Las proteínas anteriores pueden hacer cosas que CRISPR actual no puede, como cortar una secuencia de ARN de doble cadena y una secuencia de ADN de una sola cadena al mismo tiempo.
«Son como navajas suizas. Tienen tijeras, llaves inglesas, agujas, destornilladores… tal vez no sean las mejores herramientas, pero lo tienen todo», señala Pérez Jiménez.
La reconstrucción de proteínas antiguas abre la posibilidad de diseñar nuevas formas de CRISPR sintéticas “que no se encuentran en la naturaleza”, dice Miguel Ángel Moreno Pelayo, catedrático de genética del Hospital Ramón y Cajal de Madrid y otro coautor del trabajo.Entre otros proyectos, él está trabajando Él y su equipo están desarrollando un método para corregir defectos genéticos en pacientes con ELA.
El coautor Lluís Montoliu -investigador del Centro Nacional de Biotecnología de Madrid- destaca otra característica de las proteínas Cas primitivas. A diferencia de las proteínas modernas, el sistema inmunitario humano no las detecta, lo que significa que es menos probable que sean rechazadas por el sistema inmunitario de los pacientes cuando se utilicen en aplicaciones médicas futuras.
Miguel Ángel Moreno Mateos, experto en edición de genes del Centro Andaluz de Biología del Desarrollo, celebra el nuevo estudio:
“Es especialmente sorprendente que el viejo Cas9 esté siendo revivido [proteins] Y analizar su actividad después de miles de millones de años. Los Cas9 revividos ofrecen nuevas posibilidades con un gran potencial en biotecnología.” Aunque, advierte, “es necesario realizar más estudios y análisis para que esto sea una realidad”.
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