Sistema CRISPR inserta un gen completo en el ADN humano

Una innovadora herramienta de edición del genoma promete hacer lo que los sistemas CRISPR originales tuvieron dificultades para lograr: insertar genes enteros, de manera precisa y eficiente, en el ADN humano.

Este método podría allanar el camino para terapias de corrección genética que se administrarían una sola vez y funcionarían independientemente de la mutación específica que causa la enfermedad. También podría acelerar el desarrollo de terapias celulares diseñadas para el cáncer y simplificar la creación de modelos genéticos para la investigación. «Realmente podría ser una gran parte del futuro», dice el coautor del estudio, David Liu, biólogo químico del Instituto Broad en Cambridge, Massachusetts.

Entrega especial
Uno de los métodos de administración de genes más utilizados se basa en virus modificados genéticamente para insertar fragmentos de material genético en el genoma de una célula . Si bien son eficaces, estos virus tienden a insertar sus cargas útiles aleatoriamente, lo que conlleva el riesgo de alteraciones perjudiciales o un control deficiente de la expresión génica.

CRISPR ofrece más control que los portadores virales, pero generalmente requiere cortar ADN (lo que aumenta las posibilidades de mutaciones no deseadas y reparaciones incompletas) o diseñar plantillas personalizadas para cada mutación, lo que limita su escalabilidad.

El nuevo sistema soluciona ambos problemas introduciendo genes completos en sitios específicos en un solo paso, sin cortar el ADN ni requerir diseños a medida. Desarrollado por Liu, el bioquímico Samuel Sternberg de la Universidad de Columbia en Nueva York y sus colegas, el método utiliza un complejo enzimático bacteriano llamado transposasa asociada a CRISPR o CAST.

Las transposasas son enzimas que impulsan el movimiento de los genes saltarines : fragmentos de ADN que recorren el genoma para propagarse. Los investigadores ya han reutilizado los sistemas CAST para mezclar grandes fragmentos de material genético en células bacterianas. Sin embargo, en células humanas y de otros mamíferos, todas las versiones de CAST descritas hasta ahora han presentado problemas de baja eficiencia.

Enzimas en evolución
Para superar estas barreras, Liu y Sternberg recurrieron a la evolución dirigida, una técnica que aprovecha el poder de la selección darwiniana en el laboratorio. Introdujeron los genes clave que codifican los componentes de un sistema CAST en un bacteriófago, un virus que infecta bacterias. Su configuración garantizó que los virus con las versiones más eficaces de CAST (aquellos que integraban el ADN en el genoma con rapidez y precisión) se desarrollaran mejor.

Tras cientos de generaciones virales y la ingeniería racional de algunos componentes de CAST, los investigadores produjeron una versión optimizada del complejo enzimático. Esta presentó 21 pequeños cambios en cinco proteínas que contribuyen a la arquitectura de CAST, un logro que revoluciona el diseño de proteínas, señala Makoto Saito, bioingeniero de RIKEN en Wakō, Japón. «¡Esta es una evolución dirigida increíble!», afirma.

El complejo resultante, denominado evoCAST, demostró una eficiencia de inserción de hasta un 30% en múltiples sitios genómicos: una mejora de más de 400 veces respecto del original no evolucionado.

En pruebas de laboratorio, evoCAST integró con éxito segmentos de más de 10 000 nucleótidos, con la longitud suficiente para transportar genes completos y sus elementos de control. Funcionó en diversos tipos de células humanas, identificando sitios genómicos de «puerto seguro» que pueden alojar nuevo ADN sin alterar las funciones celulares e instalando cargas genéticas en las ubicaciones naturales de múltiples genes relacionados con enfermedades.
En particular, evoCAST entrega su carga genética en un solo paso enzimático, sin crear rupturas de doble cadena en el genoma.