El sistema CRISPR-Cas es en realidad un mecanismo de defensa de las bacterias frente a los virus: en lugar desarrollar anticuerpos frente a patógenos, los organismos procariotas (bacterias y arqueas) se quedan con pequeños fragmentos del material genético de virus que han infectado a sus antepasados. Esa habilidad de reconocimiento de secuencias de ADN, como si fueran unas tijeras moleculares, es la base para el desarrollo de la tecnología CRISPR-Cas que permite cortar y pegar trozos de material genético en cualquier célula.
Para perfeccionarla, laboratorios de todo el mundo se han lanzado en pos de bacterias en los lugares más recónditos (el parque Yellowstone; la Antártida; la fosa de las Marianas, o la cima de la Everest). Buscan microorganismos que no convivan habitualmente con el ser humano. La tecnología CRISPR-Cas9 actual parte de Streptococcus pyogenes, bacteria frente a la que la mayoría de la población ha desarrollado anticuerpos, y eso dificulta su uso en el contexto terapéutico.
Un tesoro del pasado
La originalidad de la investigación que hoy lunes aparece en la revista científica Nature Microbiology radica en que, en vez de viajar por el espacio, los investigadores han retrocedido en el tiempo.
Así han resucitado ancestros de la herramienta de edición genética CRISPR hasta remontarse a hace 2.600 millones de años, lo que podría dar lugar a una nueva y mejorada versión de esta tecnología.
El hallazgo es fruto de una colaboración de hace más de cuatro años entre varios centros y laboratorios, iniciada por Raúl Pérez-Jiménez (investigador Ikerbasque de CIC nanoGUNE); Francis Mojica (Universidad de Alicante y descubridor de la técnica CRISPR-Cas), y Lluís Montoliu (Centro Nacional de Biotecnología del CSIC y del Ciber de Enfermedades Raras), y en la que también participan Marc Güell (Universidad Pompeu Fabra); Miguel Ángel Moreno-Pelayo (Hospital Ramón y Cajal-Irycis), y Benjamin Kleinstiver (Hospital General de Massachusetts); todo un grupo de pesos pesados de la comunidad investigadora en edición génica y CRISPR-Cas.
una capacidad mantenida lo largo de los años
Para este estudio, han realizado la reconstrucción informática de las proteínas Cas ancestrales (anCas), las han sintetizado y han confirmado su funcionalidad, hecho que destaca a este medio Lluís Montoliu, responsable del equipo que ha validado funcionalmente las Cas ancestrales en células humanas en cultivo: «Es sorprendente que podamos resucitar proteínas Cas que debieron existir hace miles de millones de años y constatar que mantienen su capacidad de edición. Si bien a medida que nos alejamos en el tiempo parece que disminuye la capacidad, esta sigue existiendo».
Comenta también que las Cas ancestrales más antiguas ven desvanecerse su especificidad, lo que podría redundar en mayor versatilidad; también, que, en lugar de cortar las dos cadenas de ADN, como hacen las nucleasas actuales, prefieren cortar moléculas de una sola cadena, un dato «compatible con la evolución que creemos tuvo lugar en el origen de la vida, cuando existía un mundo de ARN, de ácidos nucleicos de una sola cadena. Lo que hubiéramos predicho que nos gustaría haber encontrado es justamente lo que hemos encontrado», apunta.
Para Raúl Pérez-Jiménez, cuyo trabajo en el campo de la paleoenzimología le permite estudiar la evolución de las proteínas desde el origen de la vida hasta nuestros días, «los sistemas actuales son muy complejos y están adaptados para funcionar dentro de una bacteria.
Cuando el sistema se utiliza fuera de ese entorno, por ejemplo, en células humanas, el sistema inmune provoca un rechazo y existen además determinadas restricciones moleculares que limitan su uso. Curiosamente, en los sistemas ancestrales algunas de estas restricciones desaparecen, lo que les confiere una mayor versatilidad para nuevas aplicaciones».
Más en el mundo
En el terreno de la aplicación del trabajo, el catedrático de la Universidad de Alicante y descubridor de la técnica CRISPR-Cas, Francis Mojica, valora que «representa una forma original de abordar el desarrollo de herramientas CRISPR para generar nuevos instrumentos y mejorar las derivadas de los existentes en organismos actuales».
En el estudio han comprobado que el sistema «CRISPR-anCas» funciona como editor genético en células humanas; asimismo han constatado que los anticuerpos contra la Cas9 (sistema actual) no reconocen a las nucleasas antiguas, una condición clave para su aplicación en la terapia génica.
«El siguiente paso es verificar la eficacia y seguridad en modelos animales de enfermedades, antes de plantearnos su utilización en terapia», anuncia Montoliu sobre una potencial herramienta que puede abrir nuevas vías en la edición genética.