7 de Octubre de 2020
Bioquímica

Premio Nobel de química para el método CRISPR-Cas9 de edición del genoma

Emmanuelle Charpentier y Jennifer A. Doudna han recibido el premio Nobel de química de 2020 por haber desarrollado un método de edición del genoma.

Emmanuelle Charpentier y Jennifer Doudna [Nobel Media. Ill. Niklas Elmehed].

El premio Nobel de química de 2020 se ha concedido a Emmanuelle Charpentier y Jennifer A. Doudna por la creación de un nuevo y muy preciso método para la modificación del ADN de plantas, animales o personas, unas «tijeras genéticas» conocidas como CRISPR-Cas 9.

Se trata de un mecanismo que actúa de forma natural en organismos procariotas (arqueas y bacterias), donde viene a ser una especie de sistema inmunitario. Charpentier y Doudna idearon la forma de aplicarlo artificialmente, y con otras finalidades, también en organismos con células eucariotas, entre ellos los seres humanos. Así abrieron la ruta hacia posibles nuevas terapias contra el cáncer y la cura de enfermedades hereditarias.

El grupo de biólogos moleculares de Atuso Nakata, entre ellos Yoshizumi Ishino, descubrió en 1987 en el genoma de la bacteria Escherichia coli unas estructuras repetitivas espaciadas de modo regular. Más exactamente, encontraron «una secuencia de 29 pares de bases que se repetía varias veces con una misma orientación [...] Esa repetición contenía una región simétrica (palindrómica) que correspondía a la duplicación de una secuencia de 7 pares de bases orientada en sentido inverso una respecto a la otra. Además, las repeticiones presentaban la singularidad de que la distancia entre ellas dentro de una agrupación era muy semejante: 32 pares de bases o, excepcionalmente, 33. Se trataba, por tanto, de repeticiones regularmente espaciadas por regiones de secuencia variable, o espaciadores». Así lo explican Francisco J. M. Mojica y Cristóbal Almendros en un artículo de Investigación y Ciencia dedicado al descubrimiento del sistema CRISPR-Cas.

Mojica y sus colaboradores desempeñaron un papel muy importante en ese descubrimiento, en la Universidad de Alicante. Tras el hallazgo del grupo de Osaka, un grupo del laboratorio holandés de Jan D. A. van Embden encontró en otras bacterias una estructura parecida, aunque con un número diferente de bases. Mojica, que estaba haciendo por entonces su tesis doctoral en el laboratorio de Francisco E. Rodríguez Valera, publicaría en 1993 su observación de una estructura similar en una arquea de las salinas de Santa Pola. A finales de los años noventa, el grupo de Mojica halló que ese tipo de repeticiones eran comunes en los procariotas. Las denominarían SRSR, acrónimo en inglés de «repeticiones cortas regularmente espaciadas». Por su  parte, Van Embden y Leo M. Schouls, Wim Gaastra y Ruud Jansen las denominaron SPIDR («repeticiones directas intercaladas por espaciadores»). Finalmente, los investigadores holandeses y españoles llegaron al acuerdo de adoptar la denominación CRISPR: «repeticiones palindrómicas cortas agrupadas y regularmente espaciadas».

Los mismos investigadores holandeses descubrieron justo por entonces unas familias de genes con sus correspondientes proteínas, a las que denominaron «asociadas a CRISPR», o Cas. Esos genes estaban localizados siempre junto a las regiones CRISPR. Cabía, pues, entender que había una relación funcional entre estas y aquellos.

Mojica y sus colaboradores descubrirían en los años siguientes la función del sistema CRISPR-Cas como un sistema de inmunidad adquirida y heredable (los espaciadores procedían de virus o plásmidos que habían pasado por la célula, pero una vez incorporados en el genoma interferían la propagación futura de esos agentes externos): una especie de «vacunación genética» heredable para procariotas. Como cuenta Mojica en el artículo de Investigación y Ciencia, les costó publicar este hallazgo de 2003; solo saldría en 2005 en el Journal of Molecular Evolution. En 2010, el grupo de Silvain Moineau, de la Universidad Laval de Quebec, descubrió la forma concreta en que ese sistema inmunitario funcionaba: inutiliza los virus efectuando un corte muy preciso en el ADN de estos.

El paso siguiente sería el de convertir ese mecanismo natural en un proceso artificial con posible utilidad clínica. Este paso, que tanta repercursión ha venido teniendo en el último decenio, es el que ha merecido el premio Nobel de química de este año.

Emmanuelle Charpentier, nacida en Francia en 1968, actualmente directora de la Unidad Max Planck de Ciencia de los Patógenos, en Berlín, descubrió en sus investigaciones con la bacteria Streptococcus pyogenes un nuevo componente de ese sistema inmunitario CRISPR-Cas de la bacteria, la molécula ARNtracr, tal y como publicó con sus colaboradores en 2011 (por entonces trabajaba en laboratorios de las Universidades de Umeå y Viena).

Ese mismo año empezó su colaboración con Jennifer Doudna, experta en ARN que nació en 1964 en Estados Unidos, profesora de la Universidad de California, Berkeley, e investigadora del Instituto Médico Howard Hughes de la misma universidad. El fruto de sus esfuerzos compartidos fue la reproducción de esas tijeras genómicas bacterianas en el tubo de ensayo y su simplificación para un uso más viable.

En el proceso de corte que confiere inmunidad al procariota desempeña una función importante Cas9, de la familia Cas. Es una enzima que actúa sobre el ADN guiada por ARN. Esa guía está compuesta por dos ARN asociados, uno de ellos el descubierto por Charpentier. Las investigadoras crearon una quimera con las dos formas de ARN. Esta simplificación sería un paso esencial para la conversión del mecanismo natural en una herramienta de ingeniería genética. Fue entonces cuando resultó posible reprogramar las tijeras genéticas para que, en vez de que reconocieran el ADN de virus específicos, como ocurre en la naturaleza, se pudiese controlarlas de manera que cortasen cualquier molécula de ADN en sitios predeterminados.

A partir de entonces se produjo una explosión de las investigaciones del nuevo método. Con él se han desarrollado plantas cultivadas más resistentes. Pero la gran esperanza es que permita múltiples nuevas terapias para los seres humanos. Ya se han emprendido ensayos de tratamientos de la anemia de células falciformes, el cáncer o la ceguera hereditaria que se basan en CRISPR.

Juan Pedro Campos

Más información en la página Web de la Fundación Nobel: nota de prensa, información básica y material avanzado.

Los boletines de Investigación y Ciencia

Elige qué contenidos quieres recibir.