Una proteína CRISPR Tiny recientemente descubierta contiene un golpe gigante para la edición de genes humanos
La familia CRISPR acaba de crecer. ¿El recien llegado? Una pequeña proteína Cas que destruye el ADN, escondida dentro de virus gigantes.
Ese es el hallazgo reciente del laboratorio de la Dra. Jennifer Doudna, uno de los descubridores originales de CRISPR, en la Universidad de California, Berkeley.
Has oído hablar de CRISPR : la herramienta de edición de genes wunderkind que es mucho más fácil y más barata que cualquier método de modificación genética anterior. Se disparó a la fama en los ensayos clínicos solo unos años después de su descubrimiento inicial, lo que potencialmente salvó el futuro de la terapia génica.
Desde su descubrimiento inicial, CRISPR se ha convertido en una navaja suiza para el mundo de la terapia génica: desde la investigación y el desarrollo de laboratorios nerd hasta los ensayos clínicos para trastornos genéticos , CRISPR parece imparable. Incluso obtuvo varias escisiones de alto perfil: diferentes versiones de sus tijeras de corte de genes, llamadas proteínas Cas, que solo intercambian códigos genéticos únicos, o actúan como canarios hacia virus como el que actualmente causa la pandemia.
En la edición de Science de la semana pasada, Doudna y su equipo informaron otra versión que podría revolucionar CRISPR en su conjunto.
Verá, la mayoría de las proteínas Cas "de tijera" provienen de dos ramas de la vida: bacterias y arqueas. Se usan como herramientas para combatir las infecciones virales, que las atormentan tanto como nos aterrorizan.
Sin embargo, un tipo especial de virus, llamados bacteriófagos, o comedores de bacterias, también albergan proteínas Cas, casi la mitad del tamaño de cualquier cosa que hayamos identificado previamente. En el nuevo estudio, el equipo descubrió que estas proteínas extrañas Cas, denominadas Cas Φ, pueden cortar fácilmente el material genético en las células humanas y vegetales. Además, debido a su pequeño tamaño, pueden exprimirse en grietas genéticas para cortar el ADN previamente protegido por su entorno.
En otras palabras, al aprovechar el mecanismo generalmente utilizado para combatir los virus, pero a partir de un virus en sí, tenemos una herramienta CRISPR potencialmente mucho más poderosa capaz de editar muchas más áreas de nuestro genoma de lo que se esperaba anteriormente. Además, debido a que estos Cas Φ son tan pequeños, pueden ingresar fácilmente a las células, lo que mejora aún más la eficacia de edición de genes.
“Cuando pensamos en cómo se aplicará CRISPR en el futuro, ese es realmente uno de los cuellos de botella más importantes en este momento: la entrega. Creemos que este sistema CRISPR-Cas codificado por virus muy pequeño puede ser una forma de romper esa barrera ”, dijo Doudna.
En el verso CRISPR
CRISPR ha sido tan destacado como una herramienta de edición de genes que es fácil olvidar sus humildes orígenes.
El sistema es un equipo de etiqueta de dos moléculas descubierto originalmente en bacterias como una especie de sistema inmune para combatir los ataques virales. El primer componente, el ARN guía, es una herramienta de búsqueda de genes virales que escanea el entorno de la célula en busca de ataques virales entrantes. Una vez reconocida, la herramienta busca esos fragmentos genéticos virales y Cas, el componente de la proteína, literalmente corta el genoma viral del ADN. Sin genes, sin nuevos virus.
Los científicos eventualmente decodificaron estos procesos vitales, por lo que podemos secuestrar el sistema para la edición de genes. En lugar de buscar genes virales, por ejemplo, podemos adaptar la herramienta para detectar mutaciones genéticas que causan enfermedades, y programar Cas9, la clásica "proteína de tijera", para cortarlos en su lugar.
A pesar de su tremendo éxito, CRISPR-Cas tiene el talón de Aquiles. Nuestros genes están protegidos dentro de una burbuja biológica física, lo que dificulta la entrada de la mayoría de las moléculas: imagina una pared alrededor del objetivo del castillo y CRISPR como un ejército invasor. Mientras que los ARN guía son realmente pequeños, las proteínas Cas no lo son. No pueden bombardear su camino hacia las celdas.
La solución consiste en empaquetar todo el sistema CRISPR-Cas en un virus benévolo (sí, esos existen). Debido a que los virus son extremadamente eficientes en el túnel hacia las células, son los portadores perfectos para transportar el sistema de edición de genes dentro de las células. Pero al igual que un Smart Car, los portadores virales también tienen una capacidad limitada. La mayoría de las proteínas Cas gravan su carga, haciendo que el proceso de entrega sea menos eficiente de lo posible.
El nombre es Phi, Cas Phi
Si las proteínas Cas clásicas son tanques, entonces Cas Φ (pronunciado "phi") es un asesino furtivo.
Cas Φ funciona para un virus gigante llamado bacteriófagos. Estos son virus que nos dejan a los humanos solos, pero matan las bacterias al inyectar su material genético en las células bacterianas. Debajo del alcance, los fagos se ven como adorables cabezas anguladas encaramadas sobre algunas patas desvencijadas. Pertenecen a un grupo de virus denominado "Biggiephage" (¡no es broma!).
Sin embargo, tienen un gran golpe. El año pasado , el autor del estudio, Basem Al-Shayeb, descubrió que los fagos también albergan proteínas Cas, similares a las que las bacterias usan normalmente para matar virus. Es la primera vez que alguien encuentra proteínas Cas que matan virus dentro de un virus y, sorprendentemente, son extremadamente compactas. También son bastante capaces de cortar el material genético de cualquier otro virus invasor, por lo que los fagos ganan una ventaja al infectar una célula bacteriana.
Estos resultados llevaron al equipo a preguntar: si Cas Φ es un asesino pequeño y compacto disfrazado de bacterias, ¿funciona también en humanos?
En este nuevo estudio, el equipo profundizó en Cas Φ. Al igual que las tijeras quirúrgicas, estas proteínas están increíblemente optimizadas en comparación con el Cas9 clásico, pero parecen funcionalmente equivalentes.
Utilizando una variedad de herramientas bioquímicas, el equipo descubrió que Cas Φ podía reprogramarse fácilmente para apuntar a otras secuencias genéticas, no solo a las de otros virus. Debido a su pequeño tamaño, también podría exprimirse en los rincones y grietas del ADN demasiado pequeños para las proteínas Cas anteriores. Similar a Cas9, corta y corta en cubos ADN, pero no ARN, hebras.
En las células renales humanas inmortalizadas que crecen en una placa de Petri, el equipo descubrió que varias versiones de Cas Φ, cuando se les dio una guía de ARN, cortaron fácilmente un gen objetivo, exactamente de la manera en que generalmente funciona el sistema CRISPR. Los investigadores encontraron los mismos efectos de corte genético en las células vegetales.
"Este estudio muestra que esta proteína CRISPR-Cas codificada por virus es realmente muy buena en lo que hace, pero es mucho más pequeña, aproximadamente la mitad del tamaño de Cas9", dijo Doudna.
¿Que viene despues?
El mensaje del estudio es que la naturaleza tiene mucho más que ofrecer. CRISPR siempre fue conocido como un mecanismo de defensa contra virus. El hecho de que los virus también alberguen un mecanismo similar es bastante alucinante.
Por ahora, el equipo aún no ha publicado ningún dato sobre si el sistema funciona en animales. Cruzar el salto de célula a animal siempre ha sido difícil, pero con Cas9, Cas12a y otros sistemas allanando el camino, no es improbable.
Si Cas Φ funciona en humanos, los bacteriófagos son nuestro nuevo mejor amigo. Los fagos ya han demostrado ser superhéroes en la lucha contra terribles infecciones bacterianas. El nuevo estudio sugiere que también pueden ser potentes editores de genes, apuntando a más genes, y por lo tanto, potencialmente, a la mayoría de los trastornos genéticos, en personas en comparación con formulaciones CRISPR anteriores.
Crédito de la imagen: Thor Deichmann de Pixabay