La edición genómica mediante CRISPR-Cas9. Consideraciones biomédicas y éticas

Por Lucía Gómez Tatay. Publicado en el Observatorio de Bioética de la Universidad Católica de Valencia el 3 de Febrero de 2016

Desde la aparición en 2012 de la técnica de corrección genómica conocida como CRISPR-Cas9 [1], se ha ampliado rápidamente su uso, como lo manifiesta el aumento notable del número de publicaciones, aplicaciones patentadas y de la financiación concedida para esta área de la investigación dentro de un corto período de tiempo. La revista científica Nature ha publicado recientemente un informe muy comprensivo, explicando la trayectoria de CRISPR-Cas9 y los diversos campos del uso de esta técnica [2], que discutiremos en este informe.

La técnica consiste en usar un fragmento de ARN con una doble función: por un lado, actúa como una guía para encontrar la región de ADN que se trata de modificar y se une a ella, mientras que por otro lado  recluta una molécula cuya función será cortar el ADN, como si de una tijera se tratara, la enzima Cas9. Esto permite cortar las regiones de ADN que se desean corregir, a lo que seguirá la modificación de las secuencias específicas eliminadas.  A diferencia de otros métodos de corrección de genes, CRISPR-Cas9 es barato (alrededor 30 dólares U.S. por secuencia), es rápido, y fácil de utilizar, por lo que su utilización se ha extendido en numerosos laboratorios por todo el mundo. Además, puede ser aplicado en una gran cantidad de entidades, y no tiene por qué limitarse a los organismos modelo tradicionales. La investigadora pionera del CRISPR Jennifer Doudna, de la universidad de California, Berkeley, está compilando una lista de las organismos modificados por el  CRISPR, que hasta febrero de 2016 tenía tres docenas de entradas, incluyendo los parásitos causantes de enfermedades como los tripanosomas y la levaduras utilizadas para producir biocombustibles [2].

Sin embargo, mientras que CRISPR parece tener mucho que ofrecer, algunos científicos señalan que el paso por el cuello de botella de la tecnología deja poco tiempo para determinar adecuadamente las implicaciones éticas y de seguridad que pudieran presentarse como resultado de estos experimentos. Éstos se derivan en gran parte por el salto cualitativo que esta técnica ha significado para la modificación genética humana, aunque su uso en otros campos también requiere la atención bioética.

La edición genómica y los usos médicos de CRISPR-Cas9

La técnica de CRISPR-Cas9 puede proporcionar un acercamiento de gran alcance al tratamiento de muchas enfermedades humanas, incluyendo el HIV/SIDA, hemofilia, anemia falciforme y varias formas de cáncer [4]. Los primeros ensayos clínicos podían ocurrir dentro de un año o de dos, y consistirán probablemente en inyectar CRISPR directamente en los tejidos, o extraer células del organismo, cultivarlas y modificarlas en el laboratorio y reponerlas nuevamente dentro del organismo [2]. Sea como sea, la técnica no está todavía lo bastante bien desarrollada como para poder utilizarla de una manera totalmente segura y eficiente. El desafío principal es aumentar la eficacia de la corrección del genoma al tiempo que se asegura de que no se producen cambios indeseados en otras partes del genoma. Al Dr. Keith Joung del Joung Laboratorio del Massachusetts General Hospital y del laboratorio Harvard en Boston le preocupa este aspecto. Él estudia los genes que han sido corregidos y ha estado desarrollando métodos para cazar los lugares en que la enzima Cas9 ha actuado. Según él, “la frecuencia de tales cortes varía extensamente de célula a célula y de una secuencia a otra”. En su laboratorio y en otros se han visto sitios en que se han producido alteraciones fuera de diana (off-target), con frecuencias de mutación que van desde 0.1% a más del 60%.

Estas alteraciones, incluso las de baja frecuencia, podrían potencialmente ser peligrosas si aceleran el crecimiento celular y conducen a un cáncer [2]. Otra línea de investigación consiste en la modificación genética de genomas de animales para utilizarlos como modelos de estudio de enfermedades. Doudna ha expresado serias preocupaciones con respecto a la seguridad de este tipo de actividad [2]. En una reunión en 2014, escuchó a un compañero postdoctoral presentar un estudio en el cual se utilizó como vector un virus para insertar los componentes de CRISPR en ratones, con los animales simplemente respirando en un medio en el que estaba el virus. El sistema de CRISPR dio lugar a las mutaciones, creando un modelo para el cáncer de pulmón humano [5]. Cualquier error podría conducir a que CRISPR trabajara en los pulmones humanos, causando cáncer. Doudna señaló que “es increíble el riesgo asumido habiendo estudiantes trabajando con tal cosa,”… “es importante que la gente aprecie lo que puede hacer esta tecnología” [2].

Aplicaciones sobre la línea germinal

CRISPR-Cas9 puede también utilizarse para modificar genéticamente la línea germinal humana, es decir. introduciendo el ADN extraño en los gametos o en un embrión temprano, que podrían pasar a un hijo y a las generaciones futuras. Esta posibilidad ha provocado un arduo debate en la comunidad científica internacional, especialmente después de la publicación de un artículo en abril de 2015, en el cual un grupo de investigadores chinos divulgó que habían corregido genomas de embriones humanos usando esta técnica [6]. Un mes antes,dos grupos de científicos y bioéticos habían publicado artículos científicos en Science [7] y Nature [8] sobre cómo actuar con respecto al uso de CRISPR. Los dos artículos reflejan la dicotomía existente en el discusión actual a este respecto. Hay un consenso en prohibir la investigación sobre la línea germinal que podría trascender a los bebés, pero la línea divisoria que marca la discusión es si se debe permitir la investigación in vitro.

Un riesgo serio planteado sobre la no modificación de la línea germinal es que este paso podría conducir a su uso subsecuente para el uso clínico, es decir. en seres humanos, con las consecuencias fenotípicas imprevisibles que, por otra parte, serían transmitidas de generación en generación.  También podría ser utilizado sin fines terapéuticos, es decir para el “mejoramiento” humano. El uso de estas técnicas de modificación de la línea germinal también se ha criticado porque podría desacreditar la tecnología que es de otra manera altamente prometedora en otros campos del uso.

Aplicaciones en agricultura y ganadería

CRISPR se puede aplicar también en agricultura y ganadería. Antes de esta técnica, el gen se insertaba al azar dentro del genoma, pero este proceso implica mezclar ADN de diversas especies y puede hacer que se inactiven otros genes del organismo receptor. Además, es muy difícil obtener la aprobación para el uso de variedades modificadas genéticamente. CRISPR podría cambiar esa situación. “En los últimos años, los investigadores han utilizado el método para obtener cerdos enanos y variedades de trigo y arroz resistentes a enfermedad. También se han hecho progresos hacia la ingeniería de ganado vacuno, cabras resistentes a enfermedades y naranjas dulces enriquecidas en vitaminas” [2].

A pesar de las ventajas potenciales, estos usos podrían también plantear problemas que deben ser considerados. La precisión de CRISPR hace difícil para los granjeros identificar un organismo modificado una vez fuera del laboratorio, o detectar si un organismo ha sido transformado convencionalmente o por ingeniería genética. Esto alarma a los opositores a las plantas transgénicas y plantea preguntas difíciles para los países que intentan encontrar una manera de establecer las regulaciones para los organismos modificados genéticamente [2].

Edición genómica y efectos ambientales impredecibles.

Otro uso de CRISPR consiste en utilizarlo en organismos en su habitat natural. El método consiste en combinar de esta técnica con la llamada “deriva genética”. La deriva genética permite a un gen editado expandirse rápidamente en la población, porque aunque solamente puede contener la mutación uno de los progenitors, la mutación copia el ADN del otro progenitor, de modo que el cambio se transmite a todos los descendientes. Si afecta negativamente al organismo, el número de descendientes será reducido, lo que podría dar lugar a la desaparición de una población entera dentro de un período corto de tiempo. Así, sería posible eliminar mosquitos transmisores de enfermedades, eliminar plantas invasoras o suprimir la resistencia a herbicidas [2].

Sin embargo, las consecuencias para un ecosistema de alterar o de eliminar a una población entera son preocupantes. Por ejemplo, otros parásitos podrían emerger, o los depredadores por encima de la cadena alimentaria podrían ser afectados. Por otra parte, la secuencia insertada podría mutar y afectar a otras zonas del genoma, con efectos imprevisibles [2]. En 2014, George Church, un biotecnólogo del Harvard Medical School de Boston (USA) y un equipo de científicos y de expertos de política escribieron un comentario en Science [9], advirtiendo a los investigadores sobre los riesgos y proponiendo modos de protección contra el lanzamiento accidental de la deriva génica experimental. Kenneth Oye, un científico político del Massachusetts Institute of Technology y autor del comentario de Science, señalaba que: “Es esencial que las autoridades reguladoras nacionales y las organizaciones internacionales estén pendientes de esto – que realmente estén encima de ello” [2].

Conclusión

CRISPR-Cas9 es una técnica prometedora que podría abrir brechas importantes en campos muy diversos. Sin embargo, a medida que crece el uso potencial de la edición genómica, aparecen riesgos que deben ser rigurosamente analizados. El más significativo entre éstos es la verdadera posibilidad de usar esta técnica para la modificación genética de la línea germinal humana, que podría tener consecuencias serias e imprevisibles en los individuos tratados y sus descendientes; podría también conducir a la introducción definitiva del transhumanismo en la sociedad. Los otros usos, en el campo de la medicina, de la agricultura, de la ganadería y del ambiente son menos polémicos, aunque deben considerarse los riesgos para poder tomar todas las precauciones necesarias en los diversos campos de aplicación.

Referencias

[1] Jinek, M. et al. A Programmable Dual-RNA–Guided DNA Endonuclease in Adaptive Bacterial Immunity. Science 337, 816-821 (2012).
[2] Ledford, H. CRISPR, the disruptor. Nature News. 522, 20–24.
[3] Vyas, V. K., Barrasa, M. I. & Fink, G. R. A Candida albicans CRISPR system permits genetic engineering of essential genes and gene families. Sci. Adv. 1, e1500248 (2015).
[4] Carroll, D. Genome Engineering with Targetable Nucleases. Annu. Rev. Biochem. 83, 409–439 (2014).
[5] Maddalo, D. et al. In vivo engineering of oncogenic chromosomal rearrangements with the CRISPR/Cas9 system.Nature.516, 423–427 (2014).
[6] Liang, P. et al. CRISPR/Cas9-mediated gene editing in human tripronuclear zygotes. Protein Cell.6, 363-372 (2015).
[7] Baltimore, D., et al. A prudent path forward for genomic engineering and germline gene modification. Science. 348, 36-38 (2015).
[8] Lanphier, E., Urnov, F., Haecker, S. E.,  Werner, M. & Smolenski, J. Don’t edit the human germ line. Nature.519, 410-411 (2015).
[9] Oye, K. A. et al. Biotechnology. Regulating gene drives. Science 345, 626–628 (2014).