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El potencial de la edición de genes

Una nueva herramienta para el mejoramiento agropecuario
El potencial de la edición de genes

Se podría afirmar que la ingeniería genética nació a fines de los ‘70, cuando se logró cortar in vitro (fuera de la célula, en un tubo de ensayo) con una tijera molecular (llamada enzima de restricción) un fragmento de ADN (un gen) y lo unió al ADN procedente de otra especie (una especie de minicromosoma bacteriano llamado plásmido).

Al producto se lo denominó ADN recombinante y se lo reintrodujo en Escherichia coli (una bacteria modelo para la biología molecular) en la que se replicó sin problemas. Muy poco después, esta investigación básica tuvo su primera aplicación comercial de gran impacto, dado que consistió utilizar el sistema para clonar un gen sintético humano en bacterias y así producir insulina (humana) a gran escala con fines farmacéuticos.

Ya en la década del ‘80 se utilizaban en todo el mundo ratones transgénicos para estudiar enfermedades y lo mismo ocurrió con las plantas. Los primeros cultivos transgénicos se comercializaron en la década de los ’90, siendo la soja resistente a glifosato el más emblemático.

Esos hitos cambiaron el curso de la biología, en general, y de la medicina y la agronomía, en particular. Sin embargo, los métodos de aquella época presentaban algunas limitaciones en lo que concierne a la obtención de plantas y animales transgénicos. Las más importantes son que no se puede predecir la localización cromosómica ni el número de copias que se integran al genoma; por esos motivos, se debe producir un gran número de eventos y después seleccionar los mejores, lo cual implica tiempo y esfuerzo. Por otro lado, los fragmentos introducidos conservan algunos pedacitos de ADN que son parte de los vectores del proceso de transformación, pero no tienen una funcionalidad en la característica que se quiere conferir al cultivo.

En las últimas décadas, se buscó superar esas limitaciones al desarrollar un mecanismo de edición genómica in vivo con una localización más precisa, aprovechando el particular modo de acción de los sistemas biológicos de reparación de errores del ADN.

Cuando nos exponemos a la luz solar, por ejemplo, la radiación ultravioleta produce mutaciones (cambios en la secuencia del ADN) que pueden ser reparados por ese sistema. Tanto para los daños producidos por luz UV como para otros mutágenos, existen sistemas de reparación “perfectos” (que restituyen la secuencia original dañada por el mutágeno) que requieren de una copia de ADN complementario u homólogo adicional que sirve de guía “sana” para proveer la información necesaria para restablecer la secuencia correcta por recombinación.

Por otro lado, en situaciones de emergencia con daños más importantes (ruptura de la doble cadena de ADN) y que además resultan en la ausencia de una secuencia guía, se activa un sistema SOS de reparación “imperfecta” que, con tal de restablecer la función básica de los cromosomas, introducen nucleótidos al azar que resultan en mutaciones puntuales (cambio de un nucleótido por otro o pequeñas deleciones).

Entre las primeras herramientas exitosas se destacaron las nucleasas de dedos de zinc (ZFN), las meganucleasas y la mutagénesis dirigida por oligonucleótidos que motivaron la alarma de los reguladores europeos que agruparon a estas tecnologías con otras en un conjunto de herramientas que bautizaron NBT (nuevas tecnologías de mejoramiento) para estudiarlas y establecer si se les debía aplicar (o no) las mismas regulaciones que a los organismos genéticamente modificados (OGM).

Las más recientes son las nucleasas del tipo activadores de transcripción (TALEN) y las novedosas nucleasas de secuencias palindrómicas repetidas inversas (CRISPR/Cas9). Las primeras están basadas en proteínas que, al igual que las enzimas de restricción, reconocen secuencias específicas de ADN y tienen capacidad catalítica de escisión del ADN, las cuales pueden ser complementadas con un ADN guía de reconocimiento del gen “objetivo” que se quiere manipular. En ausencia del ADN guía, producen mutaciones al azar y activación del sistema “SOS”, lo que permite inactivar el gen para que deje de funcionar. Si el sistema se complementa con un ADN “guía” al cambiársele uno o más nucleótidos, tales cambios pueden “guiar” al sistema de “reparación perfecta” para que introduzca una modificación deseada.

En la revolucionaria tecnología de edición génica CRISPR/Cas9, en cambio, el reconocimiento de la secuencia de ADN blanco no lo realiza una proteína sino una molécula de ARN (también llamada “guía”) que tiene complementariedad de nucleótidos con el ADN que reconoce (hibrida) y posiciona, ahora sí, a una proteína con actividad de nucleasa (la Cas9 u otras de acción similar) para producir un corte del ADN en la posición precisa que se quiere editar. El proceso involucra entonces dos pasos. En el primero, el ARN “guía”, complementario a la región del ADN que se quiere editar, hibrida con la secuencia de interés presente en el genoma y posiciona a la nucleasa Cas9 para cortar el ADN en el lugar preciso. En la segunda etapa se activan los mecanismos de reparación del ADN fragmentado. Esto mismo se puede realizar en más de un punto del genoma simultáneamente. Si se incluye una molécula de ADN “guía” que sirva como molde durante la reparación, a la que se ha introducido un cambio, la célula lo copiará y el cambio quedará incorporado en el ADN. Es más, a través del ADN guía y eligiendo correctamente dos sitios de corte en el genoma, resulta posible integrar segmentos de ADN grandes que pueden incluír un gen completo. Es decir: se pueden producir  tanto mutantes (como en el mejoramiento por mutagénesis) como transgénicos por CRISPR/Cas9. Además, puede ser utilizado para regular la expresión génica o para introducir modificaciones epigenéticas, modificando a Cas9 de forma que, en lugar de cortar el ADN, interaccione con reguladores de la expresión génica o sea capaz de metilar o modificar histonas. Es decir: se puede modular la acción de un gen.

En muy pocos años estos avances han impulsado la industria de la ingeniería genética. Actualmente, resulta posible editar genomas animales de manera personalizada en pocas semanas, lo que hasta hace poco significaba años de trabajo. Se está empleando también para desarrollar terapias novedosas contra enfermedades tan diversas como el dengue, el SIDA o incluso enfermedades mentales como la esquizofrenia. Sin embargo, el hecho de que resulte tan fácil ha levantado alarmas en los foros bioéticos. Es decir, produjo grandes expectativas por un lado y controversias por el otro, debido a sus aplicaciones médicas y los consecuentes cuestionamientos (llegando incluso a ser tapa de revistas no científicas en muchas naciones). La posibilidad de modificar células embrionarias editando el ADN de forma heredable provocó un debate tan intenso que incluye un llamamiento a una moratoria internacional. A todo esto, se sumó una publicitada disputa de patentes debida a los grandes  intereses económicos en los ámbitos de la medicina, pero también de la agricultura. En febrero de 2017, la Oficina de Patentes de los Estados Unidos se pronunció sobre la cuestión de patentes cruzadas entre la Universidad de California y las emitidas por el Broad Institute, dictaminando que las patentes del Broad Institute que reivindican la aplicación de CRISPR/Cas9 en células eucariotas se diferencian de las reclamadas por la Universidad de California, las cuales están basadas en sistemas procarióticos.

En síntesis: la tecnología CRISPR es una reciente herramienta de edición del genoma que actúa como una suerte de “tijeras moleculares” capaces de cortar cualquier secuencia de ADN del genoma de forma específica y permitir la inserción de cambios programados en la misma.

La revolución de CRISPR puede estar teniendo un efecto tan profundo en la agricultura como en la medicina. El Departamento de Agricultura de los Estados Unidos (USDA), que es uno de los organismos que evalúan los productos agrícolas modificados genéticamente, ya consideró que no todos los cultivos obtenidos mediante edición genética requieren la misma regulación que los OGM o transgénicos convencionales.

Consecuentemente, varias empresas están compitiendo para liberar cultivos genéticamente editados. Un ejemplo es el de los champiñones resistentes al amarronamiento. Los champiñones son muy sensibles a golpes y magulladuras que, incluso con embalajes especiales, activan enzimas llamadas fenoloxidasas que aceleran su descomposición (que empieza por un amarronamiento muy notorio que disuade al consumidor de su compra). Un investigador de la Universidad de Pensilvania editó los genes de fenoloxidasas de Agaricus bisporus, que es el hongo comestible más popular, logrando su inactivación. En lapsos inéditos para lo que son los tiempos para la desregulación de un OGM, estos hongos comestibles fueron autorizados para su liberación comercial. El caso de los champiñones no es siquiera novedoso en este sentido. Poco tiempo antes, la empresa norteamericana Cibus logró desregular también en poco tiempo una colza editada genéticamente para resistir a herbicidas como la sulfonilurea. En este caso, la edición se realizó por una tecnología anterior a CRISPR/Cas, similar a los dedos de Zinc, llamada RTDS y patentada por esta empresa. Estos dos ejemplos muestran que esta tecnología confiere a las pequeñas empresas biotecnológicas una capacidad potencial para manipular los genes que no se limita ya a las grandes compañías.

En la Argentina, si bien estamos aún lejos de un impacto comercial, una investigación científica conjunta entre la Facultad de Agronomía de la Universidad de Buenos Aires (grupo de Daniel Salamone) y el INTA Castelar (grupo de Oscar Taboga) permitió obtener embriones bovinos genéticamente editados para bloquear el gen responsable de gatillar la enfermedad popularmente conocida como “vaca loca”.

La edición génica produjo ya un salto tecnológico para la ingeniería genética porque ahora se pueden editar, corregir y mejorar secuencias específicas de nucleótidos en el ADN de una manera más sencilla, precisa y económica.

Permite obtener, en forma mejorada, los mismos productos que se obtenían por mutagénesis pero con varias ventajas porque las mutaciones no son al azar, sino dirigidas en forma específica. Además, posibilita introducir cambios epigenéticos y nuevas secuencias de ADN específicamente diseñadas, lo que le permitirá mejorar lo que obtiene hasta ahora por transgénesis, en el sentido de que se puede planificar con precisión el sitio de localización de estas nuevas secuencias en el genoma y evitar la incorporación de secuencias acompañantes derivadas del sistema de transformación genética.

Esteban Hopp

Referente internacional del INTA en agrobiotecnología y genómica. Profesor Titular de Agrobiotecnología y Genómica Aplicada de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la UBA. Síntesis de la conferencia ofrecida en CREATech.

El presente artículo fue publicado en la edición de noviembre de 2017 de la Revista CREA

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