¿Cómo explicar el origen bacteriano de los sistemas CRISPR con piezas de TENTE?

Por Lluis Montoliu, el 6 abril, 2020. Categoría(s): divulgación científica • edición genética • genética • historia de la ciencia • Premio Nobel ✎ 2


Nuevo vídeo de divulgación científica en el que explico el origen de los sistemas CRISPR usando piezas de TENTE. Vídeo en YouTube. Dentro de la PlayList BIOTENTE del canal de YouTube de Lluís Montoliu. En la imagen, el autor sostiene un bacteriófago modelado con piezas del TENTE.


Tras una semana más de confinamiento, debido al coronavirus SARS-CoV-2, causante de la COVID-19, decidí el pasado fin de semana grabar un nuevo vídeo de divulgación científica usando las piezas del juego de construcción TENTE, dedicado esta vez a explicar el origen bacteriano de los sistemas CRISPR.

A pesar de que otros microbiólogos japoneses (en 1987) y holandeses (en 1991) habían descrito unas curiosas agrupaciones de repeticiones de secuencias cortas en el ADN de bacterias gram-negativas y gram-positivas, respectivamente, no fue hasta 1993, con el hallazgo de un patrón de secuencias similar, encontrado por Francisco Juan Martínez Mojica (Francis Mojica y otros colaboradores microbiólogos de la Universidad de Alicante) en el genoma de arqueas (organismos procariotas similares a las bacterias, sin núcleo, pero evolutivamente muy alejadas) que los investigadores se percataron de la relevancia de esta curiosa organización de una región del genoma de estos microorganismos. Francis Mojica fue también quien bautizó a finales de 2001 estas repeticiones cortas palindrómicas agrupadas y regularmente espaciadas por su acrónimo en inglés: CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats), un término que se usó por primera vez en 2002 y que, desde entonces, ha sido utilizado en miles de publicaciones científicas.

Esquema que ilustra el patrón de secuencias de ADN que encontró Francis Mojica al obtener la secuencia del genoma de la arquea que investigaba, formado por secuencias cortas repetidas (rombos negros) separadas por secuencias cortas independientes y distintas entre sí (rectángulos de colores). Esquema realizado por Lluís Montoliu. Esta figura aparece ilustrando uno de los capítulos del libro «Editando genes: recorta, pega y colorea. Las maravillosas herramientas CRISPR«, Lluís Montoliu, NextDoor Publishers 2019.

Las secuencias repetidas estaban intercaladas por otras secuencias distintas, que, diez años después, el propio Mojica descubrió que eran fragmentos del genoma de virus que infectan a bacterias y arqueas, los bacteriófagos. Unido a ello se percató que cuando esto ocurría, la bacteria ya no podía ser infectada por ese virus, lo cual le llevo a proponer, de forma pionera, que los sistemas CRISPR serían un sistema de defensa adaptativo, con una base genética, de las bacterias para luchar contra los virus, observación que acabaría publicando en 2005 y por la que su nombre suena desde 2015 como posible candidato a un futuro Premio Nobel.

Patrón de secuencias CRISPR simuladas con piezas del TENTE, que es el que se usa en el vídeo. En la fotografía se observa un fragmento de genoma de una arquea. Se puede ver que la secuencia de la cadena de ADN de arriba: blanca (G), roja (C), gris (T), blanca (G), se repite cuatro veces en este fragmento (rombos negros), y que estas repeticiones están intercaladas por tres secuencias distintas e independientes (rectángulos de colores). Fotografía: Lluís Montoliu.

El descubrimiento de que los fragmentos separadores («spacers» en inglés) que había entre las secuencias repetidas eran fragmentos capturados por las bacterias a los virus que les habían visitado/infectado en épocas anteriores supuso una verdadera revolución en la microbiología, y sentó las bases para diseccionar, con todo detalles, los componentes del sistema CRISPR-Cas9, formado por una proteína, Cas9 (o Cas similares), con actividad nucleasa, capaz de cortar el ADN, guiada por una pequeña molécula de ARN complementaria a la secuencia del virus que debía cortarse y degradarse, si volvía a aparecer por allí. Todo un sistema fascinante, sofisticado y de alta precisión, desarrollado por bacterias y arqueas hace miles de millones de años, para poder defenderse de virus y otras moléculas de ADN invasoras, como los plásmidos.

Bacteriófago (virus de bacterias y arqueas) modelado con piezas del TENTE que usó en mi vídeo de divulgación científica sobre el origen de los sistemas CRISPR. Fotografía: Lluís Montoliu

Además de este vídeo de divulgación, podéis leer mucho más sobre los aspectos históricos del descubrimiento de los sistemas CRISPR en algunos míos artículos anteriores, en la recopilación de publicaciones que mantengo en la web del CNB, o en mi libro «Editando genes: recorta, pega y colorea. Las maravillosas herramientas CRISPR» publicado por NextDoor Publishers en 2019.