EDITANDO LA GENÉTICA. MÁS MUJERES CAMBIANDO EL RUMBO DE LA CIENCIA.

Dos científicas que se han hecho famosas en los últimos tiempos son Jennifer Doudna y Emmanuelle Charpentier, que describieron, junto con la ayuda de Francis Mojica, Feng Zhang y otros investigadores el sistema CRISPR-Cas9 (del inglés: clustered regularly interspaced short palindromic repeats), empleado como bisturí molecular para editar el genoma.

Primero, una breve descripción de la carrera profesional de cada una de estas científicas:

Emmanuelle Charpentier, de nacionalidad francesa, estudió microbiología, bioquímica y genética en la Universidad Pierre y Marie Curie en París. Realizó el doctorado en el Instituto Pasteur, trasladándose posteriormente a Estados Unidos, donde trabajó en diversas universidades y hospitales (Universidad Rockefeller, Centro Médico Langone y el Instituto Skirball de Medicina Biomolecular, entre otros.). Unos años más tarde regresó a Europa para trabajar en la Universidad de Umeå (Suecia), y posteriormente en la Escuela de Medicina de Hannover (Alemania). En el año 2015, dirigió el nuevo Instituto Max Planck de Biología, pero continuó su plaza de profesora en la Universidad de Umeå.

Jennifer Doudna es una científica americana que estudió Química en la Universidad de Pomona en Estados Unidos, realizó el doctorado en Bioquímica en la Universidad de Harvard y es catedrática de Química y Biología celular y molecular en la Universidad de California. Desde hace más de 20 años ha sido investigadora en el Instituto Médico Howard Hughes (Estados Unidos). Su laboratorio se dedica al entendimiento del mecanismo de los procesos biológicos que involucran el ARN, incluyendo el sistema CRISPR, ARN de interferencia y controles traduccionales -micro ARN.

Charpentier y Doudna son conocidas por describir el sistema CRISPR-Cas9. Se trata de un mecanismo de defensa de las bacterias frente al ataque de virus, descubierto hace más de 30 años por el investigador español Francis Mojica, entre otros. En el año 2012 fue cuando Charpentier y Doudna descubrieron conjuntamente los tres componentes de CRISPR-Cas en el microorganismo Streptococcus pyogenes. Ellas fueron las primeras, sensu stricto, en publicar el uso del sistema CRISPR para editar genes. Se trata de una revolución que se está estudiando actualmente como posible terapia génica, para tratar diversos tipos de cáncer y otras enfermedades.

La exposición constante a ADN exógeno a través de transducción, conjugación, y transformación han obligado a los microorganismos a establecer una serie de mecanismos de defensa que permiten que la célula reconozca y distinga ADN "extraño" entrante, del ADN "propio". Existen varias estrategias de defensa de los microorganismos que son efectivos frente a los virus. Recientemente, ha sido identificado un sistema inmune microbiano adaptativo, CRISPR, que proporciona inmunidad adquirida contra virus y plásmidos. CRISPR representa una familia de repeticiones de ADN encontrado en aproximadamente el 40% de los genomas bacterianos y en el 90% de los genomas secuenciados de las arqueas. Los CRISPR son “repeticiones palindrómicas cortas agrupadas e intercaladas regularmente”, que contienen fragmentos de ADN de virus que han atacado a las bacterias. La bacteria emplea estos fragmentos para detectar y destruir el ADN de virus atacantes que sean similares, para defenderse de ellos. Se trata de loci de ADN que contienen repeticiones cortas de secuencias de bases. Tras cada repetición siguen segmentos cortos de "ADN espaciador", que proviene de exposiciones previas a un virus. Los espaciadores de los CRISPR reconocen secuencias específicas y guían a las nucleasas (enzima especializada en cortar ADN) “Cas” para cortar y degradar esos elementos génicos exógenos. Se administran la proteína Cas9 y los “ARN leader o guía” apropiados a una célula, y el genoma de ésta se corta donde se desea, en lugares cuyas secuencias son complementarias a las de los ARN leader empleados. Este sistema permite sustituir o eliminar cualquier secuencia del genoma de un organismo, por lo que es muy útil para realizar reparaciones genéticas.

Diagrama simplificado de un locus CRISPR, donde se muestran sus tres componentes mayoritarios: los genes cas, una secuencia líder y un arreglo de repetidos-espaciadores. Los repetidos se muestran como cajas grises y los espaciadores son las barras de color. El arreglo de esos tres componentes no siempre es como se muestra. Además, en el mismo genoma pueden presentarse varios CRISPRs con un DR similar, de los cuales sólo uno esté asociado con los genes cas.

URL: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:SimpleCRISPR.jpg Attribution: By AnnaJune [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) or GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html)], from Wikimedia Commons

Charpentier y Doudna habían estado trabajando independientemente con las proteínas asociadas a CRISPR para aprender cómo las bacterias utilizaban los espaciadores en sus sistemas inmunes. Conjuntamente, estudiaron un sistema CRISPR más simple, basado en la proteína Cas9. Vieron que las bacterias respondían ante un virus invasor al transcribir espaciadores y ADN palindrómico en una molécula de ARN y que la célula empleaba un ARN llamado tracrRNA (Trans-activating crRNA) y también el Cas9 para cortarlo en piezas llamadas ARNcr. La nucleasa Cas9 tiene dos sitios de corte activos (HNH and RuvC), uno para cada hebra de la doble hélice. El equipo demostró que podrían desactivar uno o ambos sitios preservando la habilidad de Cas9 de ser específica para su ADN objetivo.

Diagrama del posible mecanismo de los CRISPR.

URL: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:CRISPR_espa%C3%B1ol.png. Attribution: By Roddelgado [CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)], from Wikimedia Commons

Ambas científicas recibieron varios premios por el descubrimiento de este sistema CRISP-Cas9: el Premio Princesa de Asturias de Investigación Científica y Técnica, el Premio Gruber de Genética y el Premio Fundación BBVA Fronteras del Conocimiento (junto con Francisco M. Mojica).

En la actualidad, investigadores de todo el mundo utilizan este método para manipular eficazmente el ADN de plantas, animales y líneas celulares.

Bibliografía:

- Horvath, P.; Barrangou, R. (2010). «CRISPR/Cas, the Immune System of Bacteria and Archaea». Science 327(5962): 167-170.

- Marraffini LA, Sontheimer EJ (2010). «CRISPR interference: RNA-directed adaptive immunity in bacteria and archaea». Nature Reviews Genetics 11 (3): 181-190.

- Grissa, I.; Vergnaud, G.; Pourcel, C (2007). «The CRISPRdb database and tools to display CRISPRs and to generate dictionaries of spacers and repeats». BMC Bioinformatics 8: 172.

- Horvath P, Barrangou R (2010). CRISPR/Cas, the immune system of bacteria and archaea. Science 327(5962): 167-170.