Nuevos sistemas CRISPR descubiertos, mejorando la precisión de la edición genética

¿Qué nos hace únicos? ¿Diferentes de la mayoría, pero similares a unos pocos? ¿Qué moldea nuestra constitución física, conductual e incluso mental? La respuesta está en nuestros genes.

Transmitidos de los padres a su descendencia, los genes contienen la información que especifica los rasgos físicos y biológicos.

Pero eso no es todo. Los genes también son responsables de enfermedades. Los genes defectuosos pueden causar todo tipo de problemas que pueden manifestarse como defectos de nacimiento, enfermedades crónicas o problemas de desarrollo.

Una forma altamente avanzada de abordar esto es mediante la edición génica o del genoma, que permite a los científicos hacer cambios precisos en el ADN. La edición génica implica añadir, eliminar o alterar el material genético en ubicaciones específicas.

Estos cambios específicos y dirigidos en el ADN pueden provocar alteraciones en los rasgos físicos o en el riesgo de enfermedad. 

Esta tecnología no solo se utiliza para tratar enfermedades genéticas corrigiendo genes defectuosos, sino también para desarrollar nuevos tratamientos y obtener una comprensión más profunda de la función génica. Además, puede mejorar los cultivos al realizar cambios precisos en su ADN. Una tecnología de edición génica bien conocida y ampliamente utilizada es CRISPR‑Cas9, que se basa en un sistema de defensa bacteriano que ocurre de forma natural.

CRISPR‑Cas9 se deriva de CRISPR (Repeticiones Palindrómicas Cortas Agrupadas y Regularmente Interespaciadas), un sistema inmunitario bacteriano que ayuda a las bacterias a defenderse de infecciones virales reconociendo y destruyendo el ADN viral. 

En este sistema, CRISPR actúa como un dispositivo de localización genética, mientras que Cas9, una proteína, funciona como unas ‘tijeras’ moleculares para cortar el ADN en sitios específicos. Es más simple, barato y preciso que las técnicas de edición génica anteriores. 

Un método de edición del genoma basado en la tecnología CRISPR‑Cas9 fue en realidad galardonado con el Premio Nobel de Química en 2020. Fue la primera vez en la historia que un Nobel se otorgó a dos mujeres.

CRISPR: Transformando la biología moderna con la edición génica

CRISPR se identificó por primera vez hace unas décadas. En 1987, Yoshizumi Ishino y su equipo en la Universidad de Osaka la observaron en los genomas bacterianos (E. coli). Sin embargo, no fue hasta principios de los 2000 que se identificó el papel de CRISPR como inmunidad bacteriana.

En los últimos años, esta tecnología ha avanzado significativamente y ha estado transformando la biología moderna.  

Un ejemplo de esto es el uso de CRISPR‑Cas9 para modificar células de embriones humanos, permitiendo que los cambios genéticos se transmitan a generaciones futuras. Esto ha sido ampliamente desaprobado, con llamados a prohibir las modificaciones genéticas heredables.

Además de esto, CRISPR‑Cas9 y tecnologías relacionadas también se están utilizando con éxito para curar enfermedades potencialmente mortales. 

En solo los primeros tres meses de este año, varios investigadores han utilizado CRISPR para lograr varios avances.

A principios de este mes, un equipo de científicos de Colossal Biosciences creó ‘ratones lanudos’—ratones con pelaje largo similar al del mamut lanudo extinto. Lo lograron editando simultáneamente siete genes vinculados al crecimiento, color y textura del pelo.

El equipo está trabajando en varios proyectos de desextinción, incluyendo el tilacino y el dodo, siendo el mamut su proyecto principal. Todos estos proyectos implican tomar células madre de una especie estrechamente relacionada con la extinta y luego editar cambios basados en los genomas de la especie fallecida. Para ello, los investigadores utilizaron variantes de los sistemas CRISPR/Cas9 y CRISPR/Cas.

El mes pasado, científicos del Instituto McGovern de Investigación Cerebral del MIT y del Broad Institute del MIT y Harvard descubrieron¹ un antiguo sistema guiado por ARN que puede ampliar la caja de herramientas de edición del genoma y simplificar la entrega de terapias de edición génica.

Estos sistemas, llamados TIGR (ARN guía interespaciado en tándem), pueden reprogramarse para dirigirse a cualquier secuencia de ADN. También poseen módulos funcionales distintos que actúan sobre el ADN objetivo. Además de su modularidad, TIGR es altamente compacto.

Según Feng Zhang, profesor de neurociencia en el MIT, cuyo equipo previamente adaptó sistemas bacterianos CRISPR en herramientas de edición génica y descubrió varias proteínas programables:

“Este es un sistema guiado por ARN muy versátil con muchas funcionalidades diversas.” 

En su trabajo más reciente, el equipo se centró en una característica estructural de la proteína CRISPR‑Cas9 que se une a la guía de ARN de la enzima. Han descubierto más de 20 000 proteínas Tas diferentes, experimentado con docenas de ellas y demostrado que algunas pueden programarse para realizar cortes dirigidos en el ADN de células humanas. Ahora planean desarrollar los sistemas TIGR‑Tas como herramientas programables.

Los científicos incluso están explorando la edición génica para corregir la trisomía a nivel celular. Recientemente eliminaron con éxito copias extra del cromosoma 21 en líneas celulares de síndrome de Down usando CRISPR‑Cas9, restaurando la expresión génica normal.

El síndrome de Down ocurre cuando hay una copia extra del cromosoma 21. Esta condición afecta a aproximadamente 1 de cada 700 nacidos vivos, y aunque se diagnostica fácilmente temprano, actualmente no existen tratamientos para ella.

Pero el último avance, logrado en células cultivadas en laboratorio, pudo eliminar el cromosoma extra de líneas celulares de trisomía 21, derivadas tanto de células madre pluripotentes como de fibroblastos cutáneos, dejando solo una copia de cada progenitor en lugar de dos idénticas.

Aunque no está listo para su uso en organismos vivos, sugiere potencial para su aplicación en neuronas y células gliales.

En otro caso, científicos chinos han creado un sistema de edición génica más seguro utilizando virus mortales como el dengue para mejorar la eficiencia y la seguridad. El sistema usa ARNm para evitar el riesgo de que quede ADN extraño que genere mutaciones no deseadas.

Según el equipo de investigación, el sistema optimizado de entrega de ARNm “aumenta la flexibilidad y aplicabilidad de la edición del genoma sin transgenes en plantas.”

Así, la tecnología de edición génica ha revolucionado no solo la biología humana sino también la agricultura al modificar el ADN de plantas para mejorar rasgos deseables como altos rendimientos.

Este mes, científicos de la Universidad Johns Hopkins y del Laboratorio Cold Spring Harbor descubrieron genes clave que determinan el tamaño de la fruta. Estos genes pueden controlarse con CRISPR, allanando el camino para productos más grandes y sabrosos.

La investigación forma parte de una iniciativa más amplia para mapear los genomas completos de 22 cultivos de solanáceas, incluyendo papas, berenjenas y tomates, con el fin de comprender y mejorar sus rasgos genéticos.

“Una vez que hayas realizado la edición génica, solo se necesita una semilla para iniciar una revolución.”

– Coautor principal Michael Schatz, genetista de la Universidad Johns Hopkins

Todos estos desarrollos demuestran lo lejos que ha llegado la tecnología, pero es solo el comienzo. Investigadores de la Universidad Duke y de la Universidad Estatal de Carolina del Norte han descubierto ahora nuevos sistemas CRISPR‑Cas que mejoran aún más las capacidades de las tecnologías de edición génica existentes.

Haga clic aquí para aprender todo sobre CRISPR‑Cas9. 

Avanzando CRISPR: Nuevos sistemas mejoran la precisión de la edición génica

Desde que los sistemas CRISPR‑Cas se descubrieron por primera vez en bacterias, se han identificado numerosos ortólogos. Los ortólogos son genes que evolucionaron a partir de un gen ancestral común mediante un evento de especiación. están presentes en diferentes especies y potencialmente conservan la misma función.

Se han caracterizado al menos seis tipos y 33 subtipos de ortólogos, pero a pesar de ello, los sistemas de tipo II son los más utilizados en biotecnología e investigación biomédica. Estos sistemas de tipo II utilizan Cas9 para cortar el ADN.

La facilidad de reprogramar los sitios objetivo de Cas9 lo ha hecho tan popular y ha dado paso a una ola de potenciales terapias de edición del genoma.

Sin embargo, a pesar de la abundancia de sistemas bacterianos CRISPR‑Cas9, pocos son efectivos en células humanas, lo que limita el potencial general de la tecnología CRISPR.

Esto crea la necesidad de ortólogos adicionales de Cas9 para ampliar el rango de secuencias de ADN dirigibles. También ayudará a superar las limitaciones de tamaño de entrega y a mejorar la especificidad y eficiencia de la edición génica CRISPR‑Cas9.

Así, los investigadores de la Universidad Duke y de la Universidad Estatal de Carolina del Norte exploraron miles de genomas bacterianos en busca de nuevos sistemas CRISPR‑Cas y descubrieron algunos que pueden añadirse a la caja de herramientas de edición génica.

El estudio, publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS)² este mes, amplía efectivamente el impacto de la tecnología en la investigación, la medicina y la biotecnología.

“En realidad es notable que los primeros sistemas CRISPR‑Cas que los investigadores usaron en células humanas sigan siendo los que funcionan mejor. Queríamos explorar bacterias encontradas en entornos más oscuros en busca de diferentes sistemas CRISPR que pudieran tener distintas capacidades.”

– Charlie Gersbach, profesor de Ingeniería Biomédica en Duke

Entre los genomas bacterianos recién descubiertos, un sistema particular derivado de bacterias, que se encuentra típicamente en vacas lecheras, muestra promesa para la salud humana.

Este efector ortogonal permite una focalización complementaria y flexible de diversas secuencias genéticas para la edición del genoma de próxima generación.

El sistema también es altamente eficiente, comparable al ampliamente usado Streptococcus pyogenes CRISPR‑Cas9. Streptococcus pyogenes es la especie bacteriana sobre la cual se basa CRISPR‑Cas9 y la mayoría de la investigación posterior que utiliza CRISPR.

Según Rodolphe Barrangou, profesor de Ciencias de Alimentos, Bioprocesos y Nutrición en NC State:

“Existe mucha más diversidad de sistemas CRISPR‑Cas en la naturaleza de lo que la gente aprecia, y puede ser muy útil explorar efectoras diversas con potencial funcional como máquinas moleculares.”

Varios años antes de que el artículo sobre la tecnología recibiera el Premio Nobel, Barrangou había caracterizado CRISPR como un sistema de defensa en bacterias usadas en cultivos iniciadores lácteos, y desde entonces, su laboratorio ha estado explorando su diversidad para probióticos, fabricación de alimentos, edición de genomas de árboles y alteración de propiedades de la madera.

Barrangou dijo lo siguiente sobre la investigación más reciente:

“Aunque algunos efectoras incumbentes como SpyCas9 ya han mostrado gran potencial en la clínica, necesitamos ampliar la caja de herramientas CRISPR para la manipulación de próxima generación del genoma, transcriptoma y epigenoma.” 

Ha desarrollado un programa llamado “CRISPRdisco”, que identifica sistemas CRISPR‑Cas dentro de grandes bases de datos de genomas bacterianos. El programa ayudó a los investigadores a identificar más de 1000 sistemas CRISPR diferentes sin explorar.

Los investigadores redujeron esos sistemas a solo 50 candidatos para que el laboratorio de Gersbach los diseñara.

Al probar estos sistemas CRISPR en células humanas por sus capacidades como activadores génicos, represores y editores genéticos y epigenéticos, cuatro sistemas destacaron por sus éxitos individuales.

Uno (SubCas9) fue particularmente notable por su versatilidad. Este prometedor componente CRISPR se encuentra en la bacteria Streptococcus uberis, que se encuentra comúnmente en vacas lecheras y también se usa en algunos productos probióticos humanos.

Los investigadores están entusiasmados con SubCas9 por varias razones. Para empezar, el pequeño tamaño del nuevo sistema —más pequeño que el bisturí molecular de ADN Cas9 convencional— permite una entrega más fácil a las células humanas. 

Además, puede dirigirse a secuencias génicas únicas que son inaccesibles para otros sistemas, incluido el homólogo original. 

El Cas9 típicamente usado funciona en objetivos genómicos adyacentes a la secuencia de ADN ‘GG’, que es “una secuencia de ADN bastante común”. Sin embargo, si no hay un GG cercano, se necesita una alternativa, y el nuevo sistema la ofrece trabajando en sitios vecinos a los patrones “AATA” o “AGTA”.

“Este sistema puede dar a los investigadores flexibilidad para usar diferentes Cas9 cuando necesitan ser realmente precisos con la selección del sitio objetivo.”

– Gabe Butterfield, becario postdoctoral en el Laboratorio Gersbach

Además, es menos probable que sea reconocido por el sistema inmunitario humano ya que S. uberis no se encuentra habitualmente en humanos. Esto difiere de especies bacterianas que se usan para aislar las proteínas Cas9 más comunes. 

Así, si se usa en una aplicación terapéutica, la mayoría de los sistemas inmunitarios no reconocerían SubCas9 por una exposición natural previa.

“Además del potencial para aplicaciones terapéuticas, también apreciamos que las bacterias que se han adaptado a hábitats diversos albergan efectoras más adecuadas para varios tipos de hospedadores, con gran potencial para descubrir sistemas más apropiados para plantas, ganado y aplicaciones medioambientales.”

– Barrangou

En el siguiente paso, los investigadores examinarán la capacidad de SubCas9 para eludir la inmunidad preexistente, como esperan. También están probando incorporarlo en varias terapias celulares y génicas. Los investigadores también podrían volver a las enormes bases de datos metagenómicas bacterianas para encontrar más sistemas CRISPR para investigar.

En general, los últimos avances en la edición génica CRISPR‑Cas9 representan un gran avance que puede mejorar significativamente las técnicas de terapia génica, permitiendo tratamientos más precisos y eficientes para trastornos genéticos, cánceres y otras enfermedades. 

Dado el rápido ritmo de la investigación CRISPR, estos nuevos sistemas podrían integrarse en aplicaciones clínicas dentro de los próximos 3 a 5 años, pendiente de mayor validación y aprobaciones regulatorias.​

Empresa Innovadora

Editas Medicine, Inc. (EDIT )

Editas Medicine es una empresa líder en edición del genoma centrada en desarrollar terapias basadas en CRISPR para tratar una variedad de enfermedades graves.

Es una empresa de edición del genoma en fase clínica que desarrolla medicamentos de edición génica administrados in vivo, donde el tratamiento se inyecta directamente al paciente para editar células dentro de su cuerpo. El CEO Gilmore O’Neill, M.B., M.M.Sc, a principios de este mes, al compartir actualizaciones comerciales, dijo:

“Nuestro objetivo y estrategia para convertirnos en líderes en edición génica in vivo se aceleró en el cuarto trimestre después de lograr la prueba de concepto preclínica in vivo antes de lo previsto y compartir datos preclínicos in vivo positivos que demuestran el potencial de nuestra tecnología de plataforma para lograr la regulación al alza de genes, o amplificar la expresión de una proteína existente para alcanzar niveles clínicamente relevantes que podrían potencialmente impulsar curas a través de tejidos con una sola dosis.” 

Al momento de escribir, las acciones de la empresa con capitalización de mercado de 117 millones de dólares cotizan a $1.41, con un aumento del 11.02 % en lo que va del año. Su EPS (TTM) es -2.88, y la relación P/E (TTM) es -0.48.

A principios de este mes, la empresa informó sus resultados financieros del cuarto trimestre y del año completo 2024. La pérdida neta fue de $45.4 millones, o $0.55 por acción, mucho mayor que los $18.9 millones registrados en el Q4 2023. 

Los ingresos disminuyeron a $30.6 millones, y los gastos de investigación y desarrollo aumentaron a $48.6 millones durante este período.

Al final de 2024, la empresa tenía $269.9 millones en efectivo, equivalentes de efectivo y valores negociables, ligeramente mejor que al final del trimestre anterior. Según el anuncio de la empresa, espera que estos fondos, junto con las porciones retenidas de los pagos pendientes bajo su acuerdo de licencia con Vertex Pharmaceuticals, financien tanto los gastos operativos como los gastos de capital hasta el segundo trimestre de 2027.

Para el año completo 2024, la pérdida neta fue de $237.1 millones, o $2.88 por acción, los ingresos por colaboraciones disminuyeron a $32.3 millones, los gastos de I+D aumentaron a $199.2 millones, los gastos generales y administrativos aumentaron a $72 millones, y los cargos por reestructuración fueron $12.2 millones.

Los logros recientes de la empresa incluyen demostrar la prueba de concepto preclínica (PoC) en ratones humanizados y primates no humanos.

Esta directora tecnológica, Linda C. Burkly, Ph.D., dijo que muestra la capacidad de la empresa para “lograr la edición génica in vivo mediante la regulación al alza de genes para aumentar el nivel de una proteína funcional y abordar enfermedades causadas por pérdida de función o mutaciones perjudiciales.” Además, compartió el potencial de la estrategia de regulación al alza de genes en múltiples tejidos con el programa ‘plug ‘n play’.

Editas también ha comunicado que está en camino de anunciar un candidato de desarrollo in vivo para células madre hematopoyéticas y células hepáticas a mediados de 2025, y a fin de año, planea compartir más datos preclínicos in vivo de HSC y del hígado.

En medio de esto, la empresa terminó su programa reni‑cel para tratar la enfermedad de células falciformes (SCD) después de que su extensa búsqueda no lograra obtener un socio comercial. Con esta medida, la empresa inició acciones para reducir costos, lo que implicará reducir su plantilla en un 65 %, alrededor de 180 puestos.

Últimas noticias sobre Editas Medicine, Inc.

Conclusión

Durante la última década, las tecnologías basadas en CRISPR han revolucionado la biotecnología al permitir la edición del genoma. Han creado diversas nuevas oportunidades para la investigación biomédica, la edición terapéutica del genoma y del epigenoma. 

Sin embargo, los enfoques actuales enfrentan limitaciones debido a su enfoque desproporcionado en un solo efector Cas9 con eficiencia selectiva y especificidad de objetivo limitada. 

El descubrimiento de nuevos sistemas CRISPR‑Cas representa un gran avance en la edición génica. Al ampliar la precisión, eficiencia y versatilidad de las tecnologías actuales, el estudio más reciente promete tratamientos más dirigidos para trastornos genéticos y mejores resultados agrícolas. Con los investigadores perfeccionando estos sistemas, una vez que se adopten en el mundo real, la próxima generación de edición génica podría abrir nuevas fronteras en la medicina y la biotecnología.

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