La edición de genes está revolucionando el panorama de la investigación en biociencias y es muy prometedora para "eliminar" enfermedades del cuerpo humano. Sandia National Laboratories está trabajando para hacer que esta tecnología sea más segura y para garantizar que algún día se pueda administrar a los humanos sin desencadenar reacciones adversas del sistema inmunológico o causar otros efectos secundarios indeseables.

El bioquímico de Sandia, Joe Schoeniger, explica que la tecnología de edición de genes se basa en una "carrera armamentista de mil millones de años" entre las bacterias y los virus que intentan atacarlas.

Las bacterias guardan fragmentos de ADN viral invasor mediante un sistema llamado Repeticiones palindrómicas cortas agrupadas regularmente interespaciadas o CRISPR. Este sistema ayuda a las bacterias a reconocer un virus cuando regresa para un ataque repetido. El sistema CRISPR produce Cas9, una enzima que se une al ADN viral infractor, luego lo corta y lo destruye.

Este sistema de defensa bacteriano se puede programar. Los científicos pueden enviar CRISPR-Cas9 a una ubicación precisa para alterar un fragmento específico de ADN.

La capacidad de alterar el ADN es útil, especialmente cuando se trata de enfermedades genéticas, pero las alteraciones del ADN son actualmente irreversibles. El uso de la tecnología tal como está hoy en día podría causar efectos secundarios peligrosos y permanentes. Podría cortar un genoma en el lugar equivocado (es decir, tener efectos fuera del objetivo), potencialmente causando enfermedades.

Además, CRISPR-Cas9 necesita un portador para ser administrado a las células humanas. Típicamente, este portador es un virus relacionado con el resfriado común llamado virus adenoasociado. Según el virólogo Oscar Negrete de Sandia, la mayoría de las personas han estado expuestas a cepas de este virus en algún momento. Esto significa que las personas fabrican rápidamente anticuerpos contra él, por lo que es una terapia de un solo uso. Incluso en ese primer uso, Es probable que los pacientes tengan una reacción inmunitaria. Negrete explicó. Se necesitan nuevos enfoques que permitan que el tratamiento se utilice con éxito más de una vez si es necesario.

Controlando CRISPR

Para poder controlar la tecnología CRISPR y utilizarla sin provocar cambios permanentes en el ADN, la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa creó el programa Safe Genes.

Un esfuerzo financiado por Safe Genes es $ 2.5 millones, proyecto de dos años dirigido por el laboratorio de Jennifer Doudna en la Universidad de California, Berkeley, en sociedad con Sandia, y la Universidad de California, San Francisco. Doudna es pionera en el desarrollo de CRISPR. Si la investigación inicial es fructífera, DARPA podría extender este esfuerzo por otros dos años, llevando el total a cuatro años y $ 5 millones.

Los virus son expertos en cambiar su ADN y generar nuevas proteínas anti-CRISPR para bloquear el sistema inmunológico bacteriano. Este es el otro lado de la "carrera armamentista" entre bacterias y virus. Estas proteínas pueden funcionar como antídotos, permitiendo que los editores de genes se apaguen si es necesario.

El equipo de Safe Genes está aprovechando estas proteínas para desarrollar inhibidores que puedan controlar los efectos de CRISPR fuera del objetivo. Schoeniger dijo que si fuera necesario administrar una dosis de un editor de genes, podría ir seguido de una dosis del inhibidor para apagarlo, minimizando la cantidad de tiempo en el que pueden producirse efectos fuera del objetivo.

Rehaciendo la carga

Este proyecto Safe Genes se basa en el trabajo en curso en Sandia, que también se centra en la lucha contra las enfermedades infecciosas mediante la edición de genes.

Normalmente, el sistema CRISPR apunta al ADN, pero Sandia ha estado colaborando con el equipo de Doudna para crear un sistema CRISPR que se dirija al ARN en su lugar. Es probable que atacar directamente el ARN del virus sea eficaz contra la mayoría de los patógenos de interés para la bioseguridad, dijo Negrete.

Ya existen sistemas CRISPR que se dirigen al ARN, pero estos sistemas dan como resultado una degradación general del ARN. Este nuevo sistema de selección de ARN puede afectar al ARN específico de humanos o animales, incluidas las que se sabe que codifican proteínas que ayudan a la infección viral.

"Algunas proteínas son puertas de entrada conocidas para los invasores, "Negrete explicó." Si eliminas estas proteínas a través de sus ARN codificantes, los patógenos no pueden ingresar a sus células y no ha realizado ningún cambio permanente en su genoma ".

Desarrollo de aplicaciones CRISPR seguras

Para el proyecto Safe Genes, Sandia probará la tecnología CRISPR dirigida al ARN contra una variedad de virus. El equipo de Sandia entregará los CRISPR a células de mamíferos infectadas con una variedad de virus de ARN, incluidos el virus del Ébola y la fiebre del Valle del Rift, que provocan síntomas como fiebre hemorrágica. Luego, medirán el nivel de virus que queda en las células después del tratamiento.

"Idealmente, nos gustaría ver el nivel de virus reducido a cero. Si no lo es la tecnología CRISPR tendría que ser modificada, "Dijo Negrete.

Además, el equipo de UCSF está desarrollando tecnologías derivadas de CRISPR para activar y desactivar genes sin editar el ADN. Para esta aplicación, el equipo está aprovechando CRISPR para la metilación del ADN dirigida. La metilación del ADN es un mecanismo no destructivo de regulación de la expresión génica que se produce de forma natural a lo largo del ciclo de vida de los mamíferos.

Negrete cree que este trabajo, si tiene éxito, representaría un gran avance para la virología porque las nuevas tecnologías CRISPR atacarían las enfermedades de múltiples formas. En la actualidad, las vacunas se dirigen a cepas únicas de un virus. Sandia's Safe Genes project is working toward solutions that target all the strains of a virus, as well as finding ways to repair infected host and human cells.

"It's cumbersome to create new treatments for each and every bug, and not feasible for quickly responding to emerging threats. One treatment for each and every strain that appears, as well as all the related viruses – it's a much better strategy, " Negrete said. "It's like the leap from eliminating one letter with a pencil eraser to hitting control-A and deleting an entire paragraph."