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8.10: Edición del Genoma (CRISPR)

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    El desarrollo de herramientas que permitirían a los científicos realizar cambios específicos y específicos en el genoma ha sido el Santo Grial de la biología molecular. Una nueva herramienta ingeniosa que es simple y efectiva para realizar cambios precisos está preparada para revolucionar el campo, al igual que lo hizo la PCR en la década de 1980. Conocido como el sistema CRISPR/Cas9, y a menudo abreviado simplemente como CRISPR, se basa en una especie de sistema inmune bacteriano que permite a las bacterias reconocer e inactivar a los invasores virales.

    CRSPR

    CRISPR significa Repeticiones palindrómicas cortas agrupadas regularmente interespaciadas, secuencias cortas repetidas que se encuentran en el ADN procariota, separadas por secuencias espaciadoras derivadas de encuentros pasados con, por ejemplo, un bacteriófago. Al igual que la zapatilla de cristal dejada atrás por Cenicienta que luego fue utilizada para identificarla, las piezas de las secuencias del invasor son una forma para que la bacteria identifique al virus si vuelve a atacar. Insertadas en el genoma bacteriano, estas secuencias se pueden transcribir posteriormente en un ARN guía que coincide, y pares de bases con, secciones del genoma viral si se vuelve a encontrar. Una nucleasa asociada con el ARN guía luego escinde la secuencia emparejada por bases con el ARN guía. (Las nucleasas se llaman Cas para las asociadas a CRISPR-asociado.)

    Los elementos esenciales de este sistema son un ARN guía que se asienta en la secuencia diana y una nucleasa que puede hacer un corte en la secuencia que está unida por el ARN guía. Mediante la ingeniería de ARN guía complementarios a un gen diana, es posible apuntar a la nucleasa para escindir dentro de ese gen. En el sistema CRISPR/Cas9, la endonucleasa Cas9 corta ambas cadenas de la secuencia génica dirigida por el ARN guía (Figura\(\PageIndex{1}\)). Esto genera una rotura de doble hebra que la célula intenta reparar.

    Figura\(\PageIndex{1}\): Un ARN guía dirige la nucleasa Cas9 a su gen diana. Imagen de Pehr Jacobsen

    Como recordarás, las roturas bicatenarias en el ADN pueden repararse mediante la unión de extremos simple no homóloga (NHEJ) o por recombinación homóloga. Cuando la NHEJ fija una ruptura, es muy probable que haya deleciones o inserciones que inactiven el gen en el que se encuentran. Por lo tanto, la escisión dirigida de un sitio por CRISPR/Cas9 puede inactivar fácil y específicamente un gen, lo que facilita la caracterización de la función del gen.

    Pero, ¿y si deseara simplemente mutar el gen en un sitio específico para estudiar el efecto de la mutación? Esto, también, se puede lograr. Si se proporciona una secuencia homóloga que lleva la mutación específica, la recombinación homóloga puede reparar la rotura, y al mismo tiempo insertar la mutación exacta deseada. Es obvio que si se puede insertar una mutación como se acaba de describir, debería ser posible corregir una mutación en el genoma escindiendo en el lugar apropiado y proporcionando la secuencia correcta como molde para su reparación por recombinación homóloga. La simplicidad del sistema es muy prometedora para curar enfermedades genéticas.

    Los científicos también han ideado algunas variaciones creativas en el sistema CRISPR/Cas9. Por ejemplo, una variante inactiva la actividad nucleasa de Cas9. El ARN guía en este sistema se empareja con la secuencia diana, pero la Cas9 no la escinde. En cambio, la Cas9 bloquea la transcripción del gen aguas abajo (Figura\(\PageIndex{2}\)) Este método permite desactivar genes específicos sin alterar realmente la secuencia de ADN.

    Figura\(\PageIndex{2}\): Cas9 inactiva puede bloquear la transcripción de un gen diana. Imagen de Pehr Jacobsen

    Otra variación también usa una Cas9 inhabilitada, pero esta vez, la Cas9 se fusiona a un dominio de activación transcripcional. En esta situación, el ARN guía posiciona el dominio activador de Cas9 en un lugar donde puede potenciar la transcripción a partir de un promotor específico (Figura\(\PageIndex{3}\)). Otras variaciones sobre este tema unen enzimas modificadoras de histonas o ADN metilasas a la Cas9 inactiva. Nuevamente, el ARN guía posiciona la Cas9 en el punto deseado, y la enzima unida a Cas9 puede metilar el ADN o modificar las histonas en esa región.

    Figura\(\PageIndex{3}\): Una fusión de dominio activador de Cas9 puede activar la transcripción de un gen diana. Imagen de Pehr Jacobsen

    CRISPR ya se ha utilizado para editar genomas en una amplia variedad de especies (y en cultivos celulares humanos). Puede que no pase mucho tiempo antes de que la técnica sea aprobada para uso clínico. Mientras tanto, CRISPR está transformando la biología molecular.


    This page titled 8.10: Edición del Genoma (CRISPR) is shared under a CC BY-NC-SA license and was authored, remixed, and/or curated by Kevin Ahern, Indira Rajagopal, & Taralyn Tan.