CRISPR-Cas: la nueva herramienta para diagnosticar enfermedades infecciosas

Las bacterias, presentan un sistema de defensa denominado CRISPR-Cas o también conocido como “tijeras genéticas” para protegerse de los virus, por lo que es un sistema inmune para las bacterias. Puesto que las bacterias no generan anticuerpos (al ser unicelulares), crean un sistema que reconoce al antígeno (molécula extraña) copia una parte de su material genético y lo guarda en su propio ADN. Si la bacteria se encuentra de nuevo con el virus, gracias al ADN almacenado anteriormente, lo identifica y lo inhabilita al cortar su material genético. 

Este método, funciona de la siguiente manera: una vez almacenado el fragmento de ADN, la bacteria lo incorpora a su ADN en una región especial, donde se encuentra la información de distintos virus. De modo que la información de cada virus es separada por unas secuencias cortas palindrómicas. Si la bacteria sufre otra infección viral, esta sintetizará una molécula de ARN a partir de la secuencia palindrómica

El sistema CRISPR presenta una enzima asociada, Cas. Cuya enzima forma un complejo con el ARN sintetizado por la bacteria y el fragmento de genoma del virus (guía). La enzima Cas activa su función de nucleasa, debido a que encajan perfectamente el ARN guía con el ADN del virus, y destruye el ADN viral impidiendo su infección 

Este sistema ha servido para muchos diagnósticos y uno de ellos es el diagnóstico de SARS-CoV-2 , virus causante de la COVID-19. Compuesto por ARN, proteínas y una cápsula de las que surgen otras proteínas denominadas espiga (spike). Estas espigas infectan las células humanas. Durante la pandemia se ha usado como método de diagnostico el RT-PCR, pero debido a los costos y el tiempo que suponía cada prueba, se utilizó el método CRISPR-Cas para identificar el virus SARS-CoV-2.

Es por eso que se investigó y se logró extraer el ARN del virus mediante una pequeña muestra nasal que es calentada por 25 minutos. Posteriormente, el ARN liberado se convierte en una hebra de ADN para una mayor estabilidad y luego se multiplica una secuencia especifica del virus mediante un sistema llamado LAMP. Finalmente el ADN amplificado se utiliza para detectar la presencia del virus mediante el sistema CRISPR/Cas12, la enzima Cas12 unida al ARN guía actúa sobre el gen N del virus. Cuando el complejo Cas12-ARN guía reconoce la secuencia objetivo se activa el dominio de nucleasa colateral, que corta moléculas de ADN. Un fragmento de ADN actúa como reportero que contiene una molécula fluorescente en un extremo (fluorocromo) y en el otro extremo, una molécula que lo inhabilita al absorber la luz del fluorocromo. Cuando el fragmento se corta por el dominio, el fluorocromo queda libre y emite luz visible, permitiendo detectar el virus.

 

Este artículo junto a las imágenes han sido extraídos de https://www.revista.unam.mx/wp-content/uploads/v22_n5_a8.pdf y pertenece al temario de biología de segundo bachiller 

La ingeniería genética fabrica células inmunitarias resistentes al virus del sida ( VIH )

Para empezar es muy importante entender que es el Sida o el VIH , sus causas principales , sus consecuencias y sus principales tratamientos . Para esto aquí te dejo un video muy intuitivo que lo explica en solo 7 minutos :

Una vez aclarado esto podemos empezar con la noticia :

Por primera vez, un grupo de investigación ha hallado una técnica de terapia génica para hacer a las células objetivo del VIH resistentes a la infección.

La terapia experimental redujo considerablemente la capacidad de las células CD4 de ser infectadas por VIH y de reproducir posteriormente el virus. Esta técnica se basa en la edición de genes y, aunque solo ha sido testada en cultivos de células en en el laboratorio, podría ser utilizada en el futuro como tratamiento para eliminar el VIH del organismo.

La terapia CRISPR contiene dos módulos. El primero consiste en una sonda de dos piezas llamada ARN guía cuya labor se basa en detectar y atraer los dos extremos del genoma del VIH llamados LTRs.El segundo módulo es una enzima nuclear llamada Cas9 encargada de cortar el material genético por la parte viral suprimiendo así el genoma perteneciente al VIH y unir los dos extremos del genoma humano. Se utilizó un vector lentiviral para el transporte del complejo CRISPR. Se observó que se producía la eliminación del ADN viral.

Después de extraer la secuencia de VIH y añadir, otra distinta para observar los posibles efectos que el vector viral podría tener sobre la salud de las células, no se observaron indicios de mutaciones en otros genes . A continuación, se probó si el VIH podía infectar a los linfocitos T previamente tratados con el vector lentiviral.

Para finalizar, se investigó si el vector portador del complejo CRISPR era capaz de eliminar la replicación del VIH en células ya infectadas. Para ello, se experimentó con células de personas que siguen una terapia antirretroviral. Se observó un menor nivel de VIH en las células tratadas con el vector y en las células control lo que da idea del gran potencial de esta terapia experimental.

A pesar de estos esperanzadores resultados, los investigadores matizan que no se consiguió eliminar el genoma de VIH de todas las células infectadas. Los resultados también mostraron que los efectos de la terapia pueden variar en función de la persona, por tanto en un futuro habría que personalizar la terapia a cada caso.

Esta noticia fue publicada en la sección de enfermedades del periódico ABC el día 31/03/2022 . Accede a ella clicando aquí .

También se han extraído datos de aqui , de aqui y de aqui .

El video ha sido extraído de Aqui

Este artículo guarda relación con el temario dado en la unidad 16 ( La biotecnologia ) y a la unidad 17 ( El sistema immunitario ) pertenecientes a la asignatura de Biología de 2º de Bachillerato científico .

Dolor crónico tratado mediante terapia génica

Un grupo de investigadores de la Universidad de San Diego, liderados por la bioingeniera Ana Moreno, han logrado mitigar el dolor en ratones modificando la  herramienta editora de genes CRISPR mediante la represión en la expresión de las proteínas del canal Nav1.7. 

funcionamiento del CRISPR

El impulso nervioso, responsable de que percibamos el frío, el calor o el dolor, es transmitido por los nervios y depende del flujo de iones a través de canales proteicos en sus membranas. El canal Nav1.7, uno de estos canales, está asociado con desórdenes de la percepción del dolor: si se sobreestimula, un individuo puede llegar a sufrir un dolor desmesurado; mientras que, si una mutación desactiva este canal, se puede llegar a no sentir dolor en absoluto.

Otro tipo de tratamientos ya han intentado disminuir el dolor mediante la supresión del canal Nav1.7, pero todos han fallado por el momento ante la dificultad de bloquear únicamente el canal de interés y no el resto de canales de la familia Nav, necesarios para el correcto funcionamiento del corazón, por ejemplo.

El estudio realizado por Ana y sus compañeros consistía en suministrar el medicamento paclitaxel, usado en quimioterapia y conocido por causar dolor crónico, a un grupo de ratones. Para observar su reacción al dolor, se les pinchó con agujas en las patas de manera sutil, pero, al haber tomado el fármaco con efectos secundarios muy dolorosos, sus reacciones eran desmesuradas. Posteriormente, después de la inyección del tratamiento silenciador de genes, los ratones se comportaban delante de los pinchazos como lo haría un ratón sano. 

Cabe destacar que, además, los ratones que habían recibido la inyección continuaban percibiendo el dolor en la otra pata. Este hecho muestra que los canales de Nav1.7 no estarían del todo desactivados, evitando que el adormecimiento del sistema nervioso llegara a niveles peligrosos.

Los resultados del estudio son muy esperanzadores, ya que, si se consiguiera proseguir con la investigación (que pronto se probará en simios), supondría una nueva terapia para el tratamiento del dolor crónico sin hacer uso de opioides, que pueden causar dependencia u otros efectos secundarios.

Esta noticia está relacionada con el temario de Biología de segundo de Bachillerato, en concreto, con el tema de genética molecular.

El artículo original fue publicado por la revista Science, el 10 de marzo de 2021. Podéis encontrarlo aquí. Las imágenes han sido extraídas de aquí y de aquí

 

El primer estudio de edición genética en pacientes con cáncer muestra que la técnica es segura y factible

Se ha confirmado por primera vez la capacidad de la tecnología CRISPR/CAS9 para tratar e incluso curar muchas enfermedades que hasta ahora no lo habían podido ser.  Esta tecnología se centra en una herramienta molecular  utilizada para "editar" o "corregir" el genoma de cualquier célula incluyendo las humanas. Se podría comparar con unas tijeras capaces de cortar de manera precisa y controlada cualquier molécula de ADN para, de este modo, modificar su secuencia.

En el primer estudio de edición de genes CRISPR en pacientes con cáncer, se ha demostrado la eficacia de esta técnica "corta y pega". Los buenos resultados se perciben en diversos factores. Uno de ellos ha sido la inexistencia de efectos secundarios en el paciente. El otro, se basa en el desarrollo y la prosperación de las células editadas tras meses de ser recibidas por el paciente.

Este ensayo clínico, iniciado en 2019, aprueba hoy la edición de genes como un método seguro y factible que poco a poco nos va acercando al objetivo final; usar la edición de genes para ayudar al sistema inmunitario del paciente a atacar el cáncer. 

La edición del gen CRISPR7CAS9 nos sirve como una  herramienta poderosa para mejorar la capacidad natural de las células T humanas para combatir el cáncer. Aún así se desconoce si estas células editadas serían toleradas y sobrevivirían una vez reinsertadas dentro del ser humano.

Los investigadores han aplicado esta terapia en tres pacientes voluntarios. Dos de ellos con mieloma múltiple y el otro con sarcoma. Los resultados prometedores se pueden ver reflejados en varios aspectos. Primeramente, se han podido realizar con éxito múltiples ediciones precisas durante la fabricación y las células que resultan sobreviven más tiempo en el cuerpo humano. En segundo lugar, estas células has demostrado capacidades para atacar

e incluso matar tumores.

Esta es la primera confirmación de la capacidad de la tecnología CRISPR/CAS9 para atacar múltiples genes al mismo tiempo en humanos. Estos avances proporcionan pautas nuevas en el campo de la ingenieria celular para la reproducción y administración segura de las células editadas por genes.

Podéis encontar la notícia publicada en el periódico ABC el 7 de febrero de 2020, para entrar en más detalles sobre este increíble avance.

CRISPR cambiará el futuro para siempre

Hace relativamente poco, el doctor chino Jiankui uso CRISPR, una herramienta extremadamente poderosa en la ingeniería génica con la meta de crear una pareja de gemelos "genéticamente modificados"
No obstante, aunque este hecho muestre grandes avances en el campo de la genética, causó miles de críticas, ya que trata un tema considerado en ocasiones tabú para la sociedad.
Sin embargo, ha pasado cosa de un año y después de China, parece que se ha subido otro país mas al tren de la modificación génica, concretamente, Estados Unidos, cuyas declaraciones podrían haber empezado lo que podría ser una revolución en nuestra medicina y ética actual.

Pero, que es CRISPR? Y como funciona?
Este nuevo método es capaz de cortar trozos de ADN con una altísima precisión, permitiendo así que los genes sean "desactivados" o se les atribuya otra función.
Con esta novedosa técnica, los investigadores son capaces de modificar y retocar células inmunitarias humanas con el objetivo, de, por ejemplo, convertirse en expertas erradicadoras de cáncer.
Si, el CRISPR es considerado actualmente una de las potenciales armas mas poderosas contra el cáncer, solamente modificando células del sistema inmunitario que serán capaces de detectar y erradicar dicha enfermedad.
Actualmente, investigadores han tratado 3 pacientes que presentan varias formas de cáncer en EEUU, (aunque algunos estudios han sido realizados ya con éxito en países como China o Alemania) con el propósito de exponer cualquier efecto secundario posible, ya que desafortunadamente, todavía es una técnica en periodo de estudio.
Los efectos han sido los deseados, puesto que las células modificadas con esta técnica se han estado multiplicando de la manera deseada. Se cree que gracias a este ajuste funcional en un futuro sera posible llegar a algo parecido a una cura para el cáncer.

Aunque seguramente, el científico Chino He Jiaunki a primera vista pueda parecer que ejerció esta técnica de una manera mas descuidada, puesto que modificó directamente los gemelos desde los embriones, cabe destacar que lo que le movió a hacer esta modificación fue la posible aparición de una grave enfermedad de carácter generacional en los gemelos, y, ademas, la prensa ha jugado también un papel muy importante en las difusiones de esta noticia, (ver titular) por lo que, teniendo en cuenta que cada medio dice lo que le interesa es muy difícil tener una opinión sólida y subirte o bajarte al carro de la prohibición de este tipo de modificaciones.
No obstante, que Estados unidos se haya unido a los países que están investigando CRISPR puede llegar a ser un antes y un después en la génetica que hoy en día conocemos.
Solo hay que pensar en la fecundación in vitro; aunque hace años pudiera parecer algo totalmente desmesurado, cada vez son mas y mas las personas que lo ven con normalidad.
Quien sabe; ¿y si resulta ser este el salto que nos hace cambiar a una sociedad capaz de elegir bebés a la carta?

En cuanto al temario del curso, cubre la genética que daremos en los temas 12,13 y 14 y el tema 16, y habla de la biotecnologia, puesto que se discute sus efectos en nuestra sociedad y si resulta ético o no en este caso usar la herramienta CRISPR.

fuentes:
https://www.elconfidencial.com/tecnologia/ciencia/2019-11-08/modificar-celulas-geneticamente-lucha-cancer_2319291/
 https://www.youtube.com/watch?v=RB5WYe_cX_A
https://www.youtube.com/watch?v=F4Adw4KeLcM

CRISPR: nuevo tratamiento contra una patología pulmonar

Existe una patología pulmonar en roedores, que también se puede observar en humanos, presente en la etapa embrionaria y causada por la mutación del gen SFTPC I73T de la proteína surfactante C. Un grupo de investigadores ha desarrollado un nuevo tratamiento para dicha patología, mediante el sistema de edición genética CRISPR/Cas9 que elimina la mutación.

Modificación génica

 

Los reactivos CRISPR fueron utilizados como instrumentos de "cortar" y "pegar" para transformar el gen en inactivo y así reducir las posibilidades de muerte. Dicho tratamiento se suministraba en la última etapa del crecimiento embrionario, es decir, 4 días antes del parto, que en humanos sería sobre el tercer trimestre del embarazo. Haciendo así que los ratones, que antes morían poco tiempo después de nacer por problemas respiratorios, en caso de presentar la enfermedad, pudieran salvarse.

Uno de los problemas que encontraron fue conseguir que el CRISPR se dirigiera a las células de las vías respiratorias de los pulmones. Entre estas las que presentaban mayores cambios eran las epiteliales alveolares (tipo 2), que producen surfactante pulmonar, que reduce la tensión del interior pulmonar y evita que colapse en cada respiración, y las secretoras de las vías respiratorias.

A partir de dicha investigación han aparecido nuevos tratamientos dirigidos a seres humanos para tratar patologías como la fibrosis quística. No obstante, hay casos en los que no es posible tratar dichas patologías durante el embarazo. Asimismo, dicha investigación servirá para futuros estudios con el objetivo de mejorar la eficiencia del tratamiento de CRISPR y de la edición génica en los pulmones.

 

En mi opinión esta innovadora técnica facilita la capacidad de curar una patología en las etapas embrionarias finales, que es de vital importancia en enfermedades pulmonares, ya que son imprescindibles desde el momento del nacimiento.

Esta noticia se puede relacionar con el apartado de biotecnología de la asignatura de biología de 2ºBAC, ya que habla sobre una técnica génica, el CRISPR y además con el tema de las mutaciones y de genética.

Para obtener más información sobre la noticia publicada el 17 de abril de 2019 por la revista SINC haga clic aquí.

El método CRISPR, el 'corta pega' de ADN

Esta novedosa técnica de la ingeniería genética permite editar el genoma borrando, introduciendo o reparando trozos de genes asociados a enfermedades. Gracias a esta técnica el proceso que antes era costoso, difícil y duradero ahora es mucho más asequible y fácil de realizar. 

El CRISPR está formado por dos componentes; un fragmento de ARN que sirve de guía para identificar el fragmento de ADN que se quiere editar y una enzima que lo corta. 

Cada secuencia de dos componentes incorpora el ADN de los virus atacantes y lo usa para dirigir sus enzimas contra los propios virus y cortar su ADN.

El origen de este método está basado en el sistema de defensa que utilizan las bacterias mediante el cual utilizan el CRISPR para integrar el material genético de los virus que les atacan y guardarlo en su propio ADN para reconocerlo y utilizarlo en una próxima infección. 

El método ya ha sido utilizado en varios animales aunque usarlo en humanos es ilegal en la mayoría de los paises. Aún así un grupo de científicos chinos ya ha modificado embriones humanos, aunque inviables, con este sistema y en Reino Unido se está intentando seguir este camino. 

Una de las mayores ventajas que ofrece el CRISPR es que permite tratar las diversas enfermedades raras que existen y que de otra forma no se podrían solucionar ya que no se conocen sus curas, y también las enfermedades genéticas en la línea germinal de los pacientes. De este modo se podrían curar tanto los pacientes como su descendencia. 

http://elpais.com/elpais/2015/12/17/ciencia/1450356169_990602.html

http://elpais.com/elpais/2015/12/21/ciencia/1450721374_502291.html

https://es.m.wikipedia.org/wiki/CRISPR

La revolución de la genética

          El ADN se puede definir como un gran libro complejo. Este libro puede modificarse gracias a la CRISPR/Cas9.

          Hasta hace poco, se comenzó a sospechar de que muchas bacterias tenían un sistema de autovacuna. Este sistema consiste en introducir en el ADN bacteriano parte del ADN del virus que lo ataca. Cuando el virus vuelve a atacar, la bacteria lo reconoce y envía un ARN que sirve de guía para el CRISPR. Por último, éste elimina la secuencia vírica.

          Poco después, Jennifer Doudna y Emmanuelle Charpentier descubrieron que este sistema podía ser guiado a cualquier lugar del ADN. Mediante esto se podía inactivar un gen para modificarlo, regularlo, reprimirlo, iluminarlo o corregir una mutación.

          Además, permitía modificar casi cualquier genoma. También, se realizaron experimentos con animales (monos, ratas y perros). Todo esto da gran esperanza para todo tipo de curas, mejoras para los cultivos transgénicos, detección de virus y su eliminación, fin del cáncer y del sida, entre muchas otras. 

          Aunque, el avance acelerado de este estudio puede generar grandes problemas. Por un lado, se desconoce su total precisión, eficacia y sus efectos secundarios. Y por otro, el conflicto ético que puede desencadenar.

          Para más información clic aquí.

          La imagen se ha extraído de esta fuente.

          Este post se puede relacionar con el tema 5 y 17 ("Nucleótidos y ácidos nucleicos" y "Biología de los microorganismos") del libro de Biología de 2º de Bachillerato.