La edición genética ha avanzado desde CRISPR-Cas9, permitiendo terapias innovadoras para enfermedades graves. Sin embargo, el alto costo y la necesidad de regulaciones actualizadas plantean desafíos. Nuevas generaciones como los editores de bases ofrecen mayor precisión y prometen revolucionar la biomedicina.
Hace 31 años, en 1993, un microbiólogo español de la Universidad de Alicante, Francis Mojica, descubrió unas curiosas repeticiones de secuencias cortas de ADN en el genoma de unas arqueas, microorganismos procariotas parecidos a las bacterias, de las salinas de Santa Pola y publicó esta observación. No fue el primero en verlas, antes las habían observado microbiólogos japoneses y holandeses en otras bacterias, pero sí fue el primero en decidir investigarlas y en nombrarlas como CRISPR, un acrónimo en inglés que las describía y que hizo fortuna y está hoy en boca de todos los investigadores. Diez años después tuvo su momento ¡eureka! y propuso que estas agrupaciones de secuencias repetidas debían tener una función defensiva contra los virus que infectaban a bacterias. Tardó dos años más en describir estos hallazgos en una publicación, puesto que nadie inicialmente creía que las bacterias tuvieran un sistema inmunitario de base genética como el que Mojica proponía. Y estaba en lo cierto. Esa publicación pionera fue leída por dos investigadoras, Emmanuelle Charpentier y Jennifer Doudna, quienes, trabajando conjuntamente, propusieron en 2012 convertir ese sistema de defensa de las bacterias en una herramienta de edición genética, una nucleasa (Cas9) capaz de cortar el ADN con precisión dirigida por una pequeña molécula de ARN guía. Esa idea les valió a estas dos investigadoras, ocho años después, el premio Nobel de Química. Desde entonces se han sucedido diferentes versiones de estas herramientas cuyas aplicaciones en biología, biotecnología y biomedicina no han dejado de crecer y acumularse.
Los comienzos de CRISPR
La primera versión de estas herramientas de edición genética, conocidas como CRISPR-Cas9, fueron validadas por dos laboratorios norteamericanos, liderados por los investigadores Feng Zhang y George Church, a principios de 2013. Estas herramientas permiten cortar el ADN de cualquier genoma de cualquier ser vivo en secuencias específicas, con gran precisión. Esos cortes de la doble hélice del ADN deben repararse por la propia célula y es precisamente durante la reparación de esas heridas en el genoma cuando se producen mutaciones que habitualmente llevan a la inactivación del gen que se ha cortado, lo cual ha tenido relevancia terapéutica y/o biotecnológica, con diversas terapias génicas basadas en este proceso. Es necesario destacar Casgevy, una terapia génica basada en CRISPR que ha sido la primera en aprobarse, primero en el Reino Unido, luego en EEUU y finalmente en la Unión Europea, para tratar enfermedades graves e incurables de la sangre como la anemia falciforme o la beta-talasemia.
Muchas de las aplicaciones actuales en plantas editadas genéticamente, con nuevas propiedades, mejor adaptadas o con mayores beneficios para los cultivos, están basadas en el uso de estas herramientas CRISPR de la primera generación. En Europa estos avances están penalizados por una legislación obsoleta, pendiente de actualización, que bloquea el uso de estas nuevas estrategias en el desarrollo de nuevas variedades de plantas. Fuera de Europa, la mayoría de países han optado por no regular estas prácticas como si fueran plantas trangénicas, algo que sí ocurre en la Unión Europea, lo cual está produciendo una nueva desconexión y pérdida de competitividad entre los avances que ocurren fuera y dentro de Europa, que esperemos se resuelvan pronto.
La restauración del corte también puede favorecerse aportando pequeñas secuencias de ADN que cubran la zona, a izquierda y a derecha del corte, y, de paso, introduzcan secuencias a voluntad, lo cual abría la posibilidad a nuevas estrategias de terapia génica. Sin embargo, esta estrategia, que se validó rápidamente en los laboratorios, desafortunadamente ha tenido poca trascendencia clínica tanto por su limitada eficiencia como por la necesidad de que la célula a corregir se esté dividiendo activamente. Y tenemos muchas células de nuestro cuerpo que habitualmente no se dividen, como por ejemplo las neuronas.
La segunda generación
Las limitaciones de las herramientas CRISPR de primera generación fueron superadas ampliamente con el diseño de la segunda generación de proteínas editoras, llamadas editores de bases, gracias al talento de David Liu, un investigador del Instituto BROAD de Boston. Esencialmente esta segunda generación de herramientas CRISPR permitían cambiar letras de nuestro genoma de forma muy precisa, químicamente, sin cortar el ADN y, por ello, sin las limitaciones de las herramientas de primera generación. Se han reportado tres versiones de los editores de bases: los que convierten una A en una G, los que transforman una C en una T y una tercera versión que convierte una C en una G. Estos editores de bases ya se han usado, con éxito, en ensayos clínicos para tratar algunos cánceres de la sangre, como la leucemia linfoblástica aguda de células T o para tratar personas con altos niveles de colesterol en sangre, inactivando genes específicos que causan el descenso de colesterol en la sangre.
David Liu, investigador prolífico e inventor, también ha desarrollado la tercera generación de herramientas CRISPR, que se conocen como los editores de calidad, los mejores que conocemos hasta el momento. En este caso estas herramientas, todavía no probadas en ensayos clínicos, aportan todos los beneficios y solventan la mayoría de limitaciones de las herramientas CRISPR anteriores y son la gran esperanza para desarrollar aplicaciones de edición genética.
Hoy en día existen más de cien ensayos clínicos que están ya validando desarrollos experimentales de terapias génicas para diversas enfermedades, fundamentalmente relacionadas con la sangre, aunque también hay algunas dirigidas contra la pérdida progresiva de visión (amaurosis congénita de Leber) o algunas enfermedades raras graves como la amiloidosis por transtiretina o el angioedema congénito. La mayor parte de estos ensayos realizan la intervención fuera del paciente, obteniendo primero sus células madre de la sangre, editándolas en el laboratorio y devolviéndolas luego al mismo paciente. Esta es la estrategia llamada “ex vivo”. También han empezado a desarrollarse aplicaciones “in vivo”, en las cuales los pacientes reciben directamente las herramientas CRISPR-Cas9 como tratamiento.
CRISPR: de la teoría a la práctica
Para introducir las herramientas CRISPR-Cas9 en los pacientes pueden usarse virus, vaciados de sus genes virulentos, como transportadores, o gotitas de grasa, técnicamente denominadas nanopartículas lipídicas, que son las mismas que se usaron para administrar las vacunas contra la covid-19 desarrolladas por las empresas Moderna y Pfizer-BioNTech que nos salvaron de la pandemia causada por el coronavirus SARS-CoV-2.
También se han desarrollado variantes CRISPR-Cas9 que no funcionan cortando el ADN sino aprovechando la capacidad de estas proteínas para colocarse específicamente en algún lugar del genoma, por ejemplo, cerca de determinados genes, y poder llevar hasta allí activadores o represores de la expresión de genes, lo que se denomina edición epigenética. Se cree que estas estrategias serán más seguras que las anteriores, que siguen necesitando el corte en una o en las dos cadenas del ADN.
En España se han obtenido nuevos sistemas CRISPR derivados de bacterias que debieron existir hace decenas, centenares o miles de millones de años. Estas herramientas ancestrales se espera que puedan superar las limitaciones impuestas por las herramientas CRISPR actualmente usadas, que derivan de bacterias patógenas que causan infecciones en humanos y para las cuales nuestros sistema inmunitario ya tiene anticuerpos contra ellas.
CRISPR ya es una realidad médica
Las primeras terapias basadas en herramientas de edición genética CRISPR ya están llegando a los pacientes, aunque con una limitación importante, debido al precio extraordinario a pagar para ser administradas, 2,2 millones de dólares EEUU en el caso de Casgevy. Este seguramente sea el reto ético, social y económico a resolver que tenemos en la actualidad quienes nos dedicamos a la biomedicina. Lograr que las terapias que ya existen y que funcionan puedan llegar a ser administradas a todos los pacientes que las necesitan, no solamente a aquellos que puedan sufragarlas. Para ello debemos hacer compatible el legítimo derecho que tienen las empresas farmacéuticas y biotecnológicas de resarcirse de la inversión realizada en el desarrollo de un medicamento con un precio racional que pueda ser asumido por los sistemas nacionales de salud.
Recientemente, unos investigadores del instituto en Palo Alto, California, han propuesto una nueva herramienta de edición genética, basada en unos pequeños elementos móviles de las bacterias, llamados IS, unos transposones que son capaces de saltar entre diferentes partes del genoma controlando tanto desde dónde y hacia dónde saltan. El control del salto lo consiguen gracias a una pequeña molécula de ARN que contiene dos instrucciones, la secuencia desde donde parten y la secuencia de ADN a la que se dirigen.
Todavía es pronto para determinar el éxito de esta última nueva herramienta, que se denomina “edición puente”, pero lo que está claro es que las bacterias, que llevan miles de millones de años sobre este planeta, han tenido tiempo para desarrollar numerosas estrategias para cortar y modificar los ácidos nucleicos, ADN y ARN, de múltiples maneras, que apenas estamos empezando a estudiar y comprender.