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Biotechnology

David Liu anuncia una herramienta CRISPR que permite “buscar y reemplazar,” y una start-up para comercializarla

Beam Therapeutics, y una nueva start-up llamada Prime Medicine, desarrollará terapias basadas en ‘prime editors,’ que pueden añadir, eliminar, o cambiar nucleótidos en cualquier punto del genoma.

by Ryan Cross
October 22, 2019 | APPEARED IN VOLUME 97, ISSUE 42

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Credit: Peyton Randolph
En este modelo de un ‘prime editor’, una guía de ARN (verde) dirige una enzima Cas9 modificada (azul), unida a una transcriptasa reversa (roja) para que añada, cambie, o elimine nucleótidos en un punto específico de las cadenas de ADN (hélice amarilla y morada).

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Los científicos se han acercado un poco más a editar el ADN totalmente a la carta gracias a un nuevo Sistema de edición genética CRISPR descubierto en el laboratorio de David Liu, en el Broad Institute del MIT y Harvard. Las herramientas se llaman ‘prime editors,’ y podrían dar a los biólogos la herramienta de “buscar y reemplazar” el genoma que tanto tiempo llevan esperando.

Al contrario de lo que comúnmente se cree, la edición genética mediante CRISPR-Cas9 no es todopoderosa. Las herramientas CRISPR clásicas son ideales para cortar tiras de ADN, y las empresas biotecnológicas están experimentando con ellas para introducir mutaciones que encienden y apagan ciertos genes. Los editores de bases CRISPR, desarrollados por el laboratorio de Liu en 2016, permiten cambiar unas letras del ADN por otras. Ahora, Liu y un investigador postdoctoral de su laboratorio, Andrew Anzalone, han presentado los ‘prime editors,’ que pueden elegir cualquier letra del ADN y transformarla en cualquier otra, además de introducir nuevos fragmentos de ADN o eliminar segmentos indeseados.

“Si CRISPR-Cas9 y otras nucleasas programables son tijeras, y los editores de bases son lápices, podríamos decir que los nuevos ‘prime editors’ son como procesadores de texto,” explica Liu en una llamada.

El equipo de Liu ha usado sus nuevos ‘prime editors’ en su laboratorio para hacer más de 175 cambios en células humanas, y estiman que esta tecnología podría usarse para reparar el 89% de las 75000 mutaciones genéticas que causan enfermedades (Nature 2019, DOI: 10.1038/s41586-019-1711-4).

Aunque estos ‘prime editors’ todavía tienen que probarse en animales y la tecnología, como otros sistemas CRISPR, tiene limitaciones, ya ha atraído el interés de los inversores. Liu acaba de co-fundar una nueva start-up llamada Prime Medicine—una jugada que convierte a Liu en un emprendedor en serie, capaz de saciar la sed de aquellos inversores que buscaban nuevas herramientas de edición genética.

Liu ya había co-fundado dos start-ups—Pairwise Plants y Beam Therapeutics—que usan sus editores de bases nitrogenadas en agricultura y terapias humanas. Bean, que arrancó con 87 millones de dólares de inversion en mayo de 2018, acaba de terminar el papeleo para entrar en bolsa, con una oferta pública inicial en el Nasdaq de 100 millones de dólares. Liu insiste que habrá hueco para las tres tecnologías—CRISPR-Cas9, editores de bases nitrogenadas, y ‘prime editors’—en las clínicas.

Maria Jasin, una pionera de la edición genética y experta en reparación de ADN en el Centro de Oncología Memorial Sloan Kettering dice que el sistema de ‘prime editors’ podría terminar desbancando a sus competidores. “Aunque es difícil aventurarse a partir de un único artículo, estoy segura de que esta técnica generará mucho interés—ahora todo el mundo tratará de reproducirla.”

Los sistemas CRISPR actuales tienen limitaciones claras. CRISPR-Cas9 corta las dos hebras del ADN, y cuando la célula trata de reparar el “descosido,” a menudo introduce mutaciones indeseadas añadiendo o borrando letras del ADN—los nucleótidos. Esto la convierte en una técnica útil para “apagar” genes problemáticos o “encender” genes silenciosos modificando los interruptores adecuados. Pero cuando los investigadores intentan añadir ADN en el punto de corte, los resultados son bastante dispares.

Los editores de bases de citidina pueden convertir C a T, y G a A. Y los editores de adenina, al revés—de A a G y de T a C. Pero hay otros ocho cambios de nucleótidos—como T a A y A a T—que estos editores de bases nitrogenadas no pueden realizar. Esta limitación inspire a Anzalone, un investigador que se unió al grupo de Liu en 2018, a diseñar un sistema único capaz de llevar a cabo todos los cambios de nucleótidos posibles: en total doce combinaciones.

Anzalone creó una máquina molecular inspirada por el sistema CRISPR clásico, que usa Cas9 para cortar el ADN guiada por una molécula de ARN, que le dice dónde romper la cadena. El editor prime de Anzalone usa una guía de ARN para dirigir a una versión modificada de Cas9, que ejecuta el corte en una de las dos hebras del ADN. Esto provoca que parte del ADN se desenrede, hacienda que un fragmento se “descuelgue” de la doble hélice. Este fragmento sirve de ‘primer,’ y bautiza a esta nueva herramienta. Después, una enzima—la transcriptase reversa—agarra el ‘primer’ y empieza a escribir una nueva secuencia de ADN, leyendo al ARN como plantilla. Para terminar, la maquinaria de reparación de ADN de la célula incorpora completamente el nuevo fragmento de código a la doble hélice.

El equipo ha probado multitude de iteraciones de sus editores en células humanas y células de ratón. En uno de sus experimentos, usaron la nueva técnica para reparar una mutación de un único nucleótido que causa anemia falciforme. En otros experimentos, usaron los ‘prime editors’ para eliminar los cuatro nucleótidos extra que causan la enfermedad de Tay-Sachs, y añadieron los tres nucleótidos que faltan en las personas que tienen una mutación que causa fibrosis quística. En total, el laboratio de Liu demostró que los ‘prime editors’ pueden llevar a cabo los doce cambios de nucleótidos posibles, puede insertar secuencias de ADN de hasta 44 nucleótidos de largo, y eliminar secuencias de hasta 80 pares de bases.

Liu ha compartido el código de sus ‘prime editors’ en el repositorio de genes benéfico Addgene, donde otros investigadores podrán utilizarlos para investigaciones no comerciales.

Prime Medicine, la nueva empresa de Liu, ya ha licenciado el uso de sus ‘prime editors’ a su compañía de editores de bases Beam Therapeutics, aunque sólo para un puñado de aplicaciones. La página web de Beam indica que está desarrollando una terapia para curar una mutación de anemia falciforme que solo puede corregirse con ‘prime editors.’

Comparados con los editores de bases nitrogenadas, “los ‘prime editors’ serán más fáciles de usar, y se extenderán mucho más rápidamente,” precide Ross Wilson, un científico expert en CRISPR de la Universidad de California Berkeley. Aún así, los ‘prime editors’ también tienen limitaciones. “Llevarlos hasta las células será complicado,” apunta. El laboratorio de Liu usó un “chispazo” eléctrico para insertar las instrucciones de fabricación de sus editores, en forma de ADN, dentro de las células, todo esto en una placa de Petri. Este método no funcionará para insertar los prime editors en animales o humanos, habrá que empaquetarlos en nanopartículas o en virus, algo que ya es complicado en el CRISPR-Cas9 clásico, y será todavía más difícil en los prime editors que son más aparatosos, ya que tienen que incluir la transcriptasa inversa que se une a Cas9 y la cadena de ADN guía.

Liu también reconoce que, por ahora, estos ‘prime editors’ no son tan eficientes como los editores de bases que hay disponibles, y que todavía cometen fallos—algo que debería mejorar sustancialmente si se usan en humanos. Además, los ‘prime editors’ no pueden solucionar un 11% de mutaciones causantes de enferemendades, como las que suponen copias extra o defectos de genes enteros. Estas mutaciones son demasiado grandes para que puedan ser editadas con esta nueva técnica.

“Los ‘prime editors’ no reemplazarán a otras herramientas, como CRISPR-Cas9 o los editores de bases,” dice Chloe Christensen, una estudiante de doctorado en el laboratorio de Francis Choy en la Universidad de Victoria, que desarrolla editores de bases para arreglar mutaciones que causan enfermedades de almacenamiento lisosomal. Sin embargo, Christensen dice que los ‘prime editors’ “eliminan algunas constricciones” de los editores de bases actuales. “Si Cas9 son tijeras, y los editores de bases son pinzas, los ‘prime editors’ son navajas suizas, la multiherramienta definitiva.”

Traducido al español por Fernando Gomollón-Bel para C&EN. La versión original (en inglés) de este artículo está disponible aquí.

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