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Por Miguel ngel Cevallos

ADN de cualquier organismo, incluso el nuestro. Esta nueva capacidad de introdu-cir, modificar o borrar genes bajo diseo se conoce como edicin de genomas y es tan poderosa que est obligando a la sociedad a replantearse qu tan lejos se quiere llegar con estos nuevos mtodos sin romper los esquemas ticos vigentes.

Pegamento y tijerasEn este momento existen tres mtodos para editar un genoma de manera precisa y gil: ZNF, TALEN y CRISPR/Cas9. Los tres explotan una propiedad que tienen todas las clulas, que es la de reparar su ADN cuando se rompen las dos cadenas que lo confor-man. Si se presenta esta peligrosa situacin, las clulas utilizan una de dos alternativas para reparar los posibles daos: la primera se conoce como unin de extremos no-homlogos y la otra, reparacin asistida por plantilla. En el primer caso, lo que hace la clula es pegar a los extremos rotos del ADN unas protenas especficas, las cuales se unen entre s para acercar los extremos fracturados y pegarlos nuevamente; en caso de que sea necesario, incluso puede aadir unos cuantos nucletidos molculas que

son las unidades bsicas de la estructura del ADN y el ARN para resanar la fractura, accin que suele dejar una cicatriz (muta-cin) en el lugar de la unin. La segunda opcin se utiliza cuando el cromosoma se rompe pero existe un segmento adicional de ADN que es idntico en secuencia a uno y otro lado de la fractura; la clula utiliza este segmento como gua fiel para reparar el ADN.

El truco que utilizan los investigado-res para editar un genoma es simple en trminos conceptuales: primero, cortan el ADN en el sitio deseado con una tijera molecular programable y al mismo tiempo introducen un ADN gua para engaar a las clulas y hacer que utilicen esta plan-tilla para reparar el dao e introducir as todos los cambios deseados.

El diseo de las tijeras moleculares programables fue un triunfo de la inge-niera gentica. Cada sistema de edicin tiene su propio mecanismo de programa-cin: en los sistemas ZFN y TALEN la misma protena que acta como tijera es la que se programa para que corte en un sitio predefinido. En contraste, el sistema CRISPR/Cas9 tiene dos componentes in-

Las tentaciones de

nuestro genomaNuevas tcnicas permiten producir en un tiempo rcord y a menor costo todo tipo de mutaciones en las plantas y animales que se usan como modelos en la investigacin. Deberamos aplicarlas tambin a los seres humanos para prevenir o curar enfermedades genticas?

editar

Una de las caractersticas de la cien-cia que ms me entusiasman es que uno nunca sabe por dnde va a saltar la liebre: observaciones que al principio parecen modestas pueden convertirse en ideas que logran cambiar nuestra manera de conce-bir el mundo. Un ejemplo es el sistema denominado CRISPR/Cas9, que se descri-bi inicialmente como un mecanismo que tienen las bacterias para defenderse de los virus y acab convirtindose en una herra-mienta de extraordinaria eficiencia para modificar, con un plan predeterminado, el

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dependientes: la protena Cas9 que acta como tijera y un pequeo ARN gua que le dice a Cas9 dnde ejercer su accin. La gran belleza de este ltimo sistema radica en que programar un ARN es muchsimo ms fcil que programar una protena, razn por la cual en la actualidad es el mtodo que goza de mayor prestigio.

Los sistemas de edicin de genomas son ms verstiles y sencillos de utilizar que las complejas manipulaciones que utilizaba la ingeniera gentica hace una dcada. Con las viejas tecnologas slo era posible manipular un gen a la vez, en tanto que en la actualidad es factible modificar varios genes de un solo golpe y con mejores resultados. Adems, las nuevas tcnicas tienen tal precisin que prcticamente resulta imposible distinguir un organismo modificado de otro que no lo es, a menos que a ese organismo se le haya quitado un segmento de ADN o aa-dido uno. Con las tcnicas de antes, con frecuencia se dejaban no slo cicatrices en el genoma, sino insertos en regiones no deseadas, segmentos de los vectores mo-leculares (por ejemplo virus modificados) utilizados en la manipulacin. En gran

medida estas anomalas son las que han generado las fuertes crticas de que han sido objeto los organismos genticamente modificados (OMG), por considerarse que podran tener efectos dainos e incluso letales. En trminos tcnicos, los organis-mos producidos por la edicin de genomas no deberan ser considerados OMG, pues-to que idealmente su genoma no tiene ni cicatrices ni material gentico adicional indeseado; esto debera propiciar que el pblico acepte mejor los productos de esta nueva tecnologa si se demuestra cabal-mente que no portan ningn otro cambio que no se haya buscado. Es ms, dada nuestra capacidad de obtener la secuencia genmica completa de un organismo, en pocos das y a un precio cada vez menor, podremos identificar los organismos que cumplen al 100% los criterios del diseo original y descartar aquellos que no los cumplen porque adquirieron modificacio-nes extras no deseadas, en ingls llamadas tcnicamente off-target (fuera del blanco).

Edicin justificada?Los primeros en beneficiarse de estas tc-nicas de manipulacin gentica fueron los

cientficos, pues ahora pueden producir, en un tiempo rcord y a un precio ms asequi-ble, todo tipo de mutaciones en los orga-nismos que se usan como modelo en la investigacin, como la levadura, la mosca de la fruta, el pez cebra, el ratn, la rata, el mono macaco, la planta Arabidopsis y la del tabaco, el gusano Caenorhabditis ele-gans, el alga Chlamydomonas reinhardii y muchos ms. De hecho, ya hay compaas unas pequeas como OriGene Tech-nologies de Estados Unidos o Horizon Discovery Group del Reino Unido y otras enormes, como la multinacional Sigma-Aldrich, que estn aprovechando esta rea de oportunidad para brindar apoyo a los investigadores, vendindoles reactivos para editar genomas o bien ofrecindoles servicios para modificar los organismos modelo, de acuerdo con sus necesidades. Sin embargo, las aplicaciones que tendrn mayor trascendencia biotecnolgica sern aqullas relacionadas con la modificacin de las plantas y de los animales que nos sirven de alimento. Todas las manipula-ciones genticas que originen organismos dotados de mayor productividad, ms resistentes a las enfermedades o, en el

Para remover un gen Para corregir un gen Para agregar un gen

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Rutas para editar un genoma con tijeras moleculares programables. Para remover un gen las tijeras deben cortar a los lados de la seccin que se quiere eliminar. Para corregir o agregar un gen las tijeras debern cortar en la regin que se quiere modificar al mismo tiempo que se aade un ADN gua con los cambios deseados.

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caso de las plantas, que puedan soportar condiciones ambientales adversas como la sequa, los patgenos y las plagas, son o sern del inters tanto de los gobiernos como de las compaas privadas deseosas de explotar comercialmente estas nuevas capacidades. Numerosas universidades estn trabajando en estos aspectos, pero las compaas privadas tambin han puesto ah un dedo en el rengln. Dos de ellas son la compaa estadounidense Recombinetics, que ofrece servicios para modificar animales de granja, y la fran-cesa Cellectis, que est desarrollando nuevas variedades de cultivos que sern comercializadas en el momento en que se resuelvan los vacos legales en los que todava se encuentran estos productos. No me extraara que en el futuro aparezcan, por ejemplo, empresas que vendan perros y gatos de raza sin la propensin gentica a enfermarse que tpicamente afecta a estos animales. Pronto seremos testigos de un boom de este tipo de corporaciones.

De todo el universo de manipulaciones genticas que se pueden hacer con los ani-males, hay dos que me llaman la atencin porque estn relacionadas con nuestra salud: se estn produciendo animales con mutaciones que en el ser humano producen enfermedades genticas especficas, con el fin de obtener modelos de estudio para en-tender mejor la raz de estos males y disear frmacos y terapias que los contrarresten con mayor eficacia. Un ejemplo reciente es el de un grupo de investigadores de la Escuela de Medicina de Harvard, Estados Unidos, encabezado por el Dr. Benjamin Ebert; ellos generaron por medio de la tec-nologa CRISPR/Cas9 una raza de ratones con mutaciones en cinco genes diferentes, a fin de que resultaran proclives a desarrollar un tipo de leucemia aguda propia de los humanos y sirvieran para estudiar detalla-damente este padecimiento.

Muchos cientficos han puesto su aten-cin en los cerdos, no porque sean aficio-nados a las carnitas o a los chuletones, sino porque tanto en fisiologa como en tamao estos animales son incmodamente pare-cidos a nosotros. Desde hace dcadas se ha sugerido que los cerdos podran convertir-se en una fuente de rganos para trasplan-tes (xenotrasplantacin). Sin embargo, hay dos obstculos importantes para que esto suceda: primero, los rganos del cerdo generan un fuerte rechazo inmunitario

en el humano, y, segundo, el genoma del cerdo, como el de todos los animales, tiene insertados virus que le son propios y que yacen ah en un estado latente. Los mdicos temen que estos virus se activen cuando un rgano de cerdo se trasplante en un humano, lo que podra generar una epidemia. En estos momentos hay grupos de investigacin que, como primer paso, construyen cerdos a los cuales les estn eliminando los dos genes principales que producen el rechazo inmunitario. El segundo paso ser utilizar tijeras molecu-lares para eliminar del genoma del cerdo esos virus indeseables. El ltimo paso previsible ser humanizar la superficie de las clulas del cerdo y minimizar as cualquier posibilidad de rechazo. Con un

poco de trabajo y de suerte, en un futuro no tan lejano quiz la escasez de rganos para trasplante deje de ser un problema tan grave.

Genes defectuososLos sistemas de edicin de genomas son tan verstiles que no es de extraar que haya una enorme cantidad de investigadores y compaas interesadas en utilizarlos para prevenir enfermedades genticas huma-nas. Este tipo de padecimientos suelen ser devastadores y no nicamente para quien los hereda, sino tambin para los padres que se saben portadores de los genes que pueden causarlos y para los dems miem-bros de la familia que son testigos del sufrimiento de su pariente enfermo.

ZFN

TALEN

CRISPR/CAS9

ARN gua

Protena Cas9

Los tres sistemas de edicin de genomas. Los sistemas TALEN y ZFN tienen dos componentes: la tijera molecular (rectngulo anaranjado) y el indicador de posicin (cuadros o elipses de colores) que es la parte programable del sistema. En CRISPR/Cas9 lo que marca la posicin del corte es un ARN gua.

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Algunas enfermedades genticas se manifiestan cuando heredamos de alguno de nuestros padres un gen defectuoso. Tal es el caso del mal de San Vito (corea de Huntington) o la enfermedad de los huesos de cristal (osteognesis imperfecta), que en el mundo de los genetistas reciben el nombre de enfermedades autosmicas dominantes. Otras se presentan cuando los hijos heredan el mismo gen anormal de sus padres portadores, aunque ellos estn perfectamente sanos; los padecimientos que estos genes producen se denominan enfermedades autosmicas recesivas y entre ellas estn la fibrosis qustica, la enfermedad de Tay-Sachs, la anemia falciforme, la porfria y la fenilcetonuria. Hay adems enfermedades cuya aparicin depende de factores tanto genticos como ambientales, como la diabetes; en otras palabras, los genes nos predisponen, pero a final de cuentas nuestro estilo de vida ser lo que determine si padeceremos o no la enfermedad.

Actualmente la opcin que tienen las parejas en las cuales ambos cnyuges se saben portadores de genes defectuosos (recesivos) y estn conscientes de que sus hijos tienen el 50% de probabilidades de padecer cierta enfermedad gentica, digamos fibrosis qustica, es recurrir (si sus recursos econmicos se los permiten) a la fecundacin in vitro. El 50% de los vulos fecundados tendr su complemen-to gentico normal y la otra mitad, los genes defectuosos. A travs de pruebas genticas, los especialistas analizan un grupo de vulos fecundados (cigotos) para determinar cuales son los sanos y

reimplantarlos en la madre. As los padres se aseguran de que sus hijos estarn libres de la enfermedad.

Pero qu ocurre cuando ambos pa-dres estn en etapa reproductiva y los dos sufren de una enfermedad hereditaria? En otros tiempos no exista ninguna opcin: todos sus hijos estaban condenados a ser vctimas de la misma enfermedad que aquejaba a los padres. Pronto no ser as, la edicin de genomas se volver una opcin viable para ellos. Los especialistas tendrn que editar los genes mutantes microinyec-tando a los vulos fecundados un sistema de edicin de genomas para corregir los genes defectuosos. Posteriormente ten-drn que asegurarse, por secuenciacin genmica, de que los embriones hayan sido manipulados correctamente y sin modificaciones fuera del blanco; entonces podrn reimplantarlos en la madre. Los hijos producto de esta operacin no slo sern sanos, sino que a su vez sus propios hijos estarn libres de ese mal.

Lo que debe quedar claro es que la edicin de genomas es una herramienta en vas de perfeccionamiento, y que es absolutamente necesario dejarla en el tintero hasta que estemos seguros de sus resultados y hayamos discutido todas las repercusiones ticas y sociales que pudiera ocasionar su uso cotidiano. Des-afortunadamente, algunos investigadores han adelantado vsperas y con resultados inquietantes: el 18 de abril de este ao apareci en la revista Protein & Cell un artculo titulado Edicin gentica mediada por CRISPR/Cas9 en cigotos humanos tripronucleares, firmado por

16 investigadores chinos encabezados por el Dr. Junjiu Huang. Los autores de esta investigacin utilizaron vulos que fue-ron fecundados al mismo tiempo por dos espermatozoides, los cuales obtuvieron de una clnica de fertilizacin in vitro. Al poseer triple complemento gentico, estos embriones son incapaces de sobrevivir a las primeras fases de su desarrollo. El objetivo del trabajo fue explorar la eficiencia del sistema CRISPR/Cas9 en embriones humanos y para ello eligieron editar uno de los genes que se encargan de la produccin de hemoglobina, esto es, la protena que transporta el oxgeno a todos los tejidos del organismo. Utilizaron 86 embriones, de los cuales 71 sobrevivieron a las manipulaciones, de stos ltimos 54 se analizaron genticamente y slo cuatro tuvieron la modificacin diseada por los investigadores. La leccin es clara: este sistema todava es demasiado ineficiente para utilizarlo como terapia gentica pre-ventiva. An as, hay quienes argumentan que la baja eficiencia que se observ en estos experimentos pudo ser producto de que los embriones utilizados no estaban sanos. En cualquier caso, para que esta tcnica pueda aplicarse cotidianamente en las clnicas de fertilizacin in vitro la eficiencia deber ser cercana al 100%.

Corregir para curarTodava estamos lejos de ser capaces de brindar un tratamiento correctivo para la mayor parte de los padecimientos genticos. A mediano plazo slo podr ofrecerse esta opcin para tratar un reducido nmero de males hereditarios, en los cuales no es necesario editar gen-ticamente todas las clulas del cuerpo del enfermo. Un ejemplo es la hemofilia; la sangre de las personas que padecen esta enfermedad no se coagula, por ende cualquier herida interna o externa, por pequea que sea, puede poner en peligro su vida. Esto se debe a que los hemoflicos portan mutaciones en el gen encargado de producir una protena esencial en la coagulacin, denominada Factor IX. Por fortuna, basta que algunas clulas del hgado produzcan alrededor del 3% del Factor IX presente en una persona sana para suprimir ese defecto en la coagulacin. Se ha propuesto que un procedimiento con el que quiz podra curarse la hemofilia es tomar una

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pequea muestra de tejido del hgado del enfermo, editar las clulas ah presentes, es decir, sustituir el gen mutado por uno que no lo est, cultivarlas en el laborato-rio y reintroducirlas otra vez en el hgado. Algunas manipulaciones similares se estn planeando para otras enfermedades genticas, como la fibrosis qustica.

La edicin genmica es una senda que se seguir transitando porque promete ser una solucin viable para muchos pa-cientes, y una actividad con un enorme potencial econmico. De hecho, algunas compaas ya han invertido millones de dlares para perfeccionar este tipo de tc-nicas y a mediano plazo ofrecern servi-cios de edicin genmica con propsitos mdicos. Entre ellas se encuentra Editas Medicine, que basa su propaganda en el lema Liberar la promesa de la edicin del genoma para ofrecer medicinas que cambien la vida; esta compaa cuenta con un equipo que incluye a los inves-tigadores ms importantes del campo. Por su parte, la compaa Suiza CRISPR Therapeutics afirma que su visin es curar las enfermedades humanas, a nivel molecular, usando la tecnologa CRISPR/Cas9 y que en apenas tres aos tendr productos para la clnica Y esto es slo el principio.

Editar o no editar nuestro genoma? sta es la pregunta

Estoy seguro de que existe gente que ver con buenos ojos que se utilicen tcnicas de edicin de genomas para ayudar a las fami-lias con miembros que padecen sndromes genticos. Sin embargo, hay otras aplica-ciones potenciales para las que es nece-sario sopesar si valdrn la pena o no. Por ejemplo, estas tcnicas podran aplicarse de forma que nazcan nios con mutaciones en el gen CCR5, esencial para la infeccin con el virus causante del sida y hacerlos resistentes a desarrollar este mal, o intro-ducir mutaciones en el gen PCSK9 para que nunca sufran de altos niveles de colesterol. Suenan interesantes, pero no sabemos si al pasar las generaciones tales modificacio-nes podran tener algn impacto negativo. Tambin hay otros usos de estas tcnicas que suenan insensatamente banales, pero dado que podran significar un mercado importante siempre habr gente interesada en invertir dinero en ello. Si como sociedad no somos lo suficientemente cuidadosos, podran llegar a ofrecerse servicios para disear hijos al gusto, escogiendo el color de su piel o de sus ojos, o decidiendo su peso y su estatura potenciales, sin pensar en las consecuencias que podran tener a la larga este tipo de decisiones.

Ante esta novsima capacidad de editar nuestro propio genoma, varios grupos de cientficos se han mostrado preocupados por sus posibles repercusiones en el futuro de los seres humanos. Al respecto este ao aparecieron cartas de dos de estos grupos, con puntos de vista diferentes; una se pu-blic en la revista Nature el 12 de marzo y la otra en la revista Science el 3 de abril. El primer grupo, encabezado por los es-tadounidenses Edward Lanphier y Fyodor Urnov, seala que jams debe tocarse el genoma humano porque no sabemos las consecuencias que podra tener en el futu-ro de nuestra especie. El otro grupo, cuyo lder es el tambin estadounidense David Baltimore, ganador del premio Nobel de Fisiologa o Medicina en 1975, propone establecer una moratoria en experimentos de edicin del genoma humano hasta que se logre perfeccionar la tcnica y puedan evaluarse sus consecuencias biolgicas, ticas y legales; tambin sugiere organizar foros de discusin en los que participen cientficos, expertos en biotica, biotec-nlogos, empresarios interesados en el campo, polticos y representantes de la sociedad civil, que propongan medidas bien claras y definidas que regulen hasta dnde es aceptable llegar con este tipo de manipulaciones. En lo personal, me inclino ms por la posicin del grupo de Baltimore y considero que tenemos la obligacin de estar informados, a fin de orientar de manera adecuada nuestra actitud crtica ante estos desarrollos.

Kornblihtt, Alberto, La humanidad del genoma: ADN, poltica y sociedad, Editorial Siglo XXI, Buenos Aires, 2013.

Garca, Jos Luis y Federico Baeza, Genoma humano: del laboratorio al paciente, Netbiblo, Espaa, 2012.

MS INFoRMACIN

Miguel ngel Cevallos, frecuente colaborador de Cmo ves?, es doctor en investigacin biomdica bsica y especialista en gentica molecular bacteriana. Trabaja en el Centro de Ciencias Genmicas de la UNAM.

Para nuestros suscriptoresLa presente edicin va acompaada por una gua didctica, en forma de separata, para abordar en el saln de clases el tema de este artculo.

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