Delft University of Technology, 7 de febrero de 2018
El descubrimiento de la proteína Cas9 ha simplificado la edición genética, e incluso puede hacer posible la eliminación de muchas enfermedades hereditarias en un futuro no muy lejano. Usando Cas9, los investigadores pueden cortar el ADN de una célula para corregir las mutaciones, o insertar nuevas piezas de material genético en el lugar donde se ha realizado el corte. En un principio, la técnica CRISPR-Cas9 parecía ser muy precisa. Sin embargo, ahora ya es sabido que Cas9 a veces corta otras secuencias de ADN similares a las secuencias para las que se programó. Científicos de la Universidad de Tecnología de Delft ha desarrollado un modelo matemático que explica por qué Cas9 corta algunas secuencias de ADN mientras que no lo hace de otras.
Es sistema CRISPR-Cas9 es un mecanismo de defensa que protege a las bacterias frente a los virus. Si un virus se introduce en una bacteria, pero no se apodera de la célula, el sistema de defensa elimina parte del material genético del virus y se almacena en el propio genoma de la bacteria. El ADN viral que se ha incorporado a la bacteria actúa como una memoria genética: si el mismo virus ataca de nuevo a la bacteria (o a sus descendientes), reconoce rápidamente al atacante y puede enviar proteínas Cas-9 para detectarlo. Usando el ADN de los virus como una especie de “hoja de referencia”, la proteína busca el ADN hostil almacenado por la bacteria. Si encuentra una coincidencia, el sistema CRISPR-Cas9 corta el ADN del virus, desactivando la amenaza.
Efectos perjudiciales
En un principio, los científicos pensaban que CRISPR-Cas9 sólo cortaba un trozo de ADN si coincidía exactamente con la hoja de referencia que portaba el ARN. Sin embargo, esa suposición se ha demostrado ahora errónea. La proteína a veces corta secuencias de ADN que se asemejan al material que está buscando, pero que contiene un número de letras diferente. Según el investigador Martin Depken de la Universidad Tecnológica de Delft, cortar secuencias que difieran muy poco unas de otras tiene su lógica desde un punto de vista evolutivo:
“Los virus mutan constantemente, y por lo tanto pueden tener una composición genética diferente de la que Cas9 está buscando. Al cortar también secuencias de ADN que son ligeramente diferentes, el sistema CRISPR-Cas9 puede rastrear la evolución de un virus y proteger de esta manera mejor a la bacteria contra sus enemigos”.
Pero en este caso, lo que puede ser bueno para las bacterias no puede ser bueno para los seres humanos. Si queremos utilizar Cas9 para la edición de genes a partir del ADN, es imprescindible que no se corten genes distintos a los que los investigadores han establecido como objetivo. Destruir otro material genético puede tener consecuencias nefastas.
Los experimentos han demostrado que CRISPR-Cas9 tiene más probabilidades de cortar ciertas secuencias que no coinciden que otras. Científicos del grupo de investigación de Martin Depken, dirigido por la estudiante de doctorado Misha Klein, se preguntó cuál era la física subyacente que determinaba esta preferencia. Depken dice que se trata de la energía que se necesita para producir los pares de bases que se diferencian de la plantilla de ARN.
“Cuando Cas9 comprueba si una secuencia de ADN es compatible, comienza por un extremo de la cadena. Luego, comprueba todas las letras de la cadena, de manera ordenada. Por cada coincidencia, Cas9 es recompensada con energía, mientras que cualquier desajuste supone una pérdida de energía. Cuantos más errores contiene una secuencia de ADN, y más cerca se encuentra del comienzo de la secuencia, es más probable que la proteína se abstenga de cortar, de modo que continuará la búsqueda de un fragmento de material genético que se adapte mejor a su plantilla de ARN”, explica Depken.
Mejores predicciones
Según Depken, el modelo matemático desarrollado por su grupo predice de manera sorprendente el comportamiento de los cortes de Cas9. Si encuentra un error al final de la secuencia, es probable que la proteína haya acumulado suficiente energía para superar ese obstáculo, lo que aumenta la probabilidad de corte. El modelo también explica por qué Cas9 se abstiene de cortar cuando no encuentra una coincidencia al comienzo de una secuencia, o cuando dos desajustes están juntos.
Cuando se trata de la probabilidad de que se corte una secuencia de ADN, las propiedades físicas de la proteína Cas9 también juegan un importante papel. Depken y sus colegas ahora están intentando incorporar esta variable a su modelo. En última instancia, el modelo debería desembocar en unas mejores predicciones de los errores en lo que probablemente caiga Cas9:
“A veces, hay una opción para cortar en el lugar exacto cuando se repara un gen, y nuestro modelo debería determinar qué ubicaciones son las mejores para realizar tal corte”, dice Depken.
La comprensión física proporcionada por el modelo también puede ayudar en los esfuerzos para evitar errores que puedan poner en peligro la vida al editar el ADN.
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