Se descubren nuevos sistemas CRISPR que mejoran la precisión de la edición genética

¿Qué nos hace únicos? ¿Diferentes de la mayoría, pero similares a unos pocos? ¿Qué configura nuestra constitución física, conductual e incluso mental? La respuesta está en nuestros genes.

Los genes, que se transmiten de padres a hijos, contienen la información que especifica los rasgos físicos y biológicos.

Pero eso no es todo. Los genes también son responsables de enfermedades. Los genes defectuosos pueden causar todo tipo de problemas que pueden manifestarse como defectos de nacimiento, enfermedades crónicas o problemas de desarrollo.

Una forma muy avanzada de abordar esto es mediante la edición genética o genómica, que permite a los científicos realizar cambios precisos en el ADN. La edición genética implica añadir, eliminar o alterar el material genético en puntos específicos.

Estos cambios específicos y dirigidos al ADN pueden conducir a alteraciones en los rasgos físicos o al riesgo de enfermedades. 

Esta tecnología no solo se utiliza para tratar enfermedades genéticas mediante la corrección de genes defectuosos, sino también para desarrollar nuevos tratamientos y comprender mejor la función genética. Además, puede mejorar los cultivos mediante modificaciones precisas en su ADN. Una tecnología de edición genética conocida y ampliamente utilizada es CRISPR-Cas9, que se basa en un sistema de defensa bacteriano natural.

CRISPR-Cas9 se deriva de CRISPR (Repeticiones Palindrómicas Cortas Agrupadas y Regularmente Interespaciadas), un sistema inmunológico bacteriano que ayuda a las bacterias a defenderse contra las infecciones virales al reconocer y destruir el ADN viral. 

En este sistema, CRISPR actúa como un dispositivo de localización genética, mientras que Cas9, una proteína, funciona como una «tijera» molecular para cortar el ADN en sitios específicos. Es más simple, más barato y más preciso que las técnicas de edición genética anteriores. 

En realidad, se ha desarrollado un método de edición genómica basado en la tecnología CRISPR-Cas9. galardonado con el Premio Nobel en Química en 2020. Fue la primera vez en la historia que un premio Nobel fue otorgado a dos mujeres.

CRISPR: Transformando la biología moderna con la edición genética

CRISPR se identificó por primera vez hace algunas décadas. En 1987, Yoshizumi Ishino y su equipo de la Universidad de Osaka lo observaron en genomas bacterianos (de E. coli). Sin embargo, no fue hasta principios de la década de 2000 que se identificó la función de CRISPR en la inmunidad bacteriana.

En los últimos años, esta tecnología ha avanzado significativamente y ha transformado la biología moderna.  

Un ejemplo de esto es el uso de CRISPR-Cas9 para modificar células embrionarias humanas, lo que permite la transmisión de cambios genéticos a las generaciones futuras. Esto ha sido ampliamente desaprobado, y se han pedido prohibir las modificaciones genéticas hereditarias.

Además de esto, CRISPR-Cas9 y tecnologías relacionadas también se están utilizando con éxito para curar enfermedades potencialmente mortales. 

Sólo en los primeros tres meses de este año, varios investigadores han utilizado CRISPR para lograr varios avances.

A principios de este mes, un equipo de científicos de Colossal Biosciences creó "ratones lanudos": ratones con pelaje largo similar al del extinto mamut lanudo. Lo lograron editando simultáneamente siete genes relacionados con el crecimiento, el color y la textura del pelo.

El equipo trabaja en varios proyectos de desextinción, incluyendo el del tilacino y el dodo, siendo el mamut su proyecto estrella. Todos estos proyectos implican la extracción de células madre de una especie estrechamente relacionada con la extinta y la posterior edición de cambios basados ​​en los genomas de la especie fallecida. Para ello, los investigadores utilizaron variaciones de los sistemas CRISPR/Cas9 y CRISPR/Cas.

El mes pasado, científicos del Instituto McGovern para la Investigación del Cerebro del MIT y del Instituto Broad del MIT y Harvard descubierto CRISPR¹ un antiguo sistema guiado por ARN que puede ampliar la caja de herramientas de edición del genoma y simplificar la administración de terapias de edición genética.

Estos sistemas, llamados TIGR (ARN Guía Interespaciado en Tándem), pueden reprogramarse para actuar sobre cualquier secuencia de ADN. Además, cuentan con módulos funcionales específicos que actúan sobre el ADN objetivo. Además de su modularidad, TIGR es muy compacto.

Según Feng Zhang, profesor de neurociencia en el MIT, cuyo equipo adaptó previamente los sistemas CRISPR bacterianos en herramientas de edición genética y encontró varias proteínas programables:

“Se trata de un sistema guiado por ARN muy versátil con muchas funcionalidades diversas”. 

En su último trabajo, el equipo se centró en una característica estructural de la proteína CRISPR-Cas9 que se une al ARN guía de la enzima. Han descubierto más de 20,000 proteínas Tas diferentes, han experimentado con docenas de ellas y han demostrado que algunas podrían programarse para realizar cortes específicos en el ADN de las células humanas. Ahora planean convertir los sistemas TIGR-Tas en herramientas programables.

Los científicos incluso están explorando la edición genética para corregir la trisomía a nivel celular. Recientemente, eliminaron con éxito copias adicionales del cromosoma 21 en líneas celulares con síndrome de Down mediante CRISPR-Cas9, restaurando así la expresión génica normal.

El síndrome de Down se produce cuando hay una copia adicional del cromosoma 21. Esta afección afecta a aproximadamente 1 de cada 700 nacidos vivos y, si bien se diagnostica fácilmente en forma temprana, actualmente no existen tratamientos para ello.

Pero el último avance, que se logró en células cultivadas en laboratorio, fue capaz de eliminar el cromosoma extra de las líneas celulares de trisomía 21, que se derivaron tanto de células madre pluripotentes como de fibroblastos de la piel, dejando sólo una copia de cada progenitor en lugar de dos idénticas.

Aunque no está listo para su uso en organismos vivos, sí sugiere potencial para su aplicación en neuronas y células gliales.

En otro caso, científicos chinos han desarrollado un sistema de edición genética más seguro utilizando virus mortales como el dengue para mejorar la eficiencia y la seguridad. El sistema utiliza ARNm para evitar el riesgo de que se deje ADN extraño y se produzcan mutaciones indeseadas.

Según el equipo de investigación, el sistema optimizado de administración de ARNm “aumenta la flexibilidad y aplicabilidad de la edición genómica sin transgenes en plantas”.

Así, la tecnología de edición genética ha revolucionado no sólo la biología humana sino también la agricultura al modificar el ADN de las plantas para mejorar características deseables como los altos rendimientos.

Justo este mes, científicos de la Universidad Johns Hopkins y el Laboratorio Cold Spring Harbor descubrieron genes clave que determinan el tamaño de la fruta. Estos genes se pueden controlar con CRISPR, lo que facilita la obtención de frutas y verduras más grandes y sabrosas.

La investigación es parte de una iniciativa más amplia para mapear los genomas completos de 22 cultivos de solanáceas, incluidas papas, berenjenas y tomates, para comprender y mejorar sus características genéticas.

“Una vez realizada la edición genética, todo lo que se necesita es una semilla para iniciar una revolución”.

– El coautor principal Michael Schatz, genetista de la Universidad Johns Hopkins

Todos estos avances demuestran el gran avance de la tecnología, pero esto es solo el comienzo. Investigadores de la Universidad de Duke y la Universidad Estatal de Carolina del Norte han descubierto nuevos sistemas CRISPR-Cas que mejoran aún más las capacidades de las tecnologías de edición genética existentes.

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Avances en CRISPR: Nuevos sistemas impulsan la precisión en la edición genética

Desde el descubrimiento de los sistemas CRISPR-Cas en bacterias, se han identificado numerosos ortólogos. Los ortólogos son genes que evolucionaron a partir de un gen ancestral común mediante un proceso de especiación. Están presentes en diferentes especies y potencialmente conservan la misma función.

Se han caracterizado al menos seis tipos y 33 subtipos de ortólogos; sin embargo, los sistemas de tipo II son los más utilizados en biotecnología e investigación biomédica. Estos sistemas de tipo II utilizan Cas9 para cortar el ADN.

La facilidad de reprogramar los sitios objetivo de Cas9 lo ha hecho tan popular y ha marcado el comienzo de una ola de posibles terapias de edición del genoma. 

Sin embargo, a pesar de la abundancia de sistemas CRISPR-Cas9 bacterianos, pocos son efectivos en células humanas, lo que limita el potencial general de la tecnología CRISPR. 

Esto crea la necesidad de ortólogos adicionales de Cas9 para ampliar la gama de secuencias de ADN diana. Esto también ayudará a superar las limitaciones del tamaño de administración y a mejorar la especificidad y la eficiencia de la edición génica CRISPR-Cas9.

Así, los investigadores de la Universidad de Duke y la Universidad Estatal de Carolina del Norte exploraron miles de genomas bacterianos en busca de nuevos sistemas CRISPR-Cas y descubrieron algunos que pueden añadirse a las herramientas de edición genética.

El estudio, publicado en la Actas de la Academia Nacional de Ciencias (PNAS)² Este mes, amplía efectivamente el impacto de la tecnología en la investigación, la medicina y la biotecnología.

Es realmente notable que el primer sistema CRISPR-Cas que los investigadores usaron en células humanas siga siendo el que mejor funciona. Queríamos analizar bacterias presentes en entornos menos conocidos en busca de diferentes sistemas CRISPR que pudieran tener capacidades diferentes.

– Charlie Gersbach, profesor de Ingeniería Biomédica en Duke

Entre los genomas bacterianos recientemente descubiertos, un sistema particular derivado de bacterias, que se encuentra típicamente en las vacas lecheras, resulta prometedor para la salud humana.

Este efector ortogonal permite la orientación complementaria y flexible de diversas secuencias genéticas para la edición del genoma de próxima generación.

El sistema también es altamente eficiente, comparable al ampliamente utilizado CRISPR-Cas9 de Streptococcus pyogenes. Streptococcus pyogenes es la especie bacteriana en la que se basa CRISPR-Cas9 y la mayoría de las investigaciones posteriores que utilizan CRISPR.

Según Rodolphe Barrangou, profesor de Ciencias de la Alimentación, Bioprocesamiento y Nutrición en NC State:

“Existe una diversidad de sistemas CRISPR-Cas mucho mayor en la naturaleza de lo que la gente cree, y puede ser muy útil buscar diversos efectores con potencial funcional como máquinas moleculares”.

Varios años antes de que el artículo sobre la tecnología recibiera el Premio Nobel, Barrangou había caracterizado a CRISPR como un sistema de defensa en bacterias utilizadas en cultivos iniciadores de productos lácteos y, desde entonces, su laboratorio ha estado explorando su diversidad para probióticos, fabricación de alimentos, edición de genomas de árboles y alteración de las propiedades de la madera.

Barrangou dijo lo siguiente sobre la última investigación:

Si bien algunos efectores existentes, como SpyCas9, ya han demostrado un gran potencial en la práctica clínica, necesitamos ampliar las herramientas CRISPR para la manipulación de próxima generación del genoma, el transcriptoma y el epigenoma. 

Ha desarrollado un programa llamado "CRISPRdisco", que identifica sistemas CRISPR-Cas en extensas bases de datos de genomas bacterianos. El programa ayudó a los investigadores a identificar más de 1000 sistemas CRISPR diferentes aún no explorados.

Los investigadores redujeron esos sistemas a sólo 50 candidatos para que el laboratorio de Gersbach los diseñara.

Al probar estos sistemas CRISPR en células humanas por sus capacidades como activadores genéticos, represores y editores genéticos y epigenéticos, cuatro sistemas se destacaron por sus éxitos individuales.

Uno (SubCas9) destacó especialmente por su versatilidad. Este prometedor componente CRISPR se encuentra en la bacteria Streptococcus uberis, común en las vacas lecheras, y también se utiliza en algunos productos probióticos para humanos.

Los investigadores están entusiasmados con SubCas9 por varias razones. Para empezar, el pequeño tamaño del nuevo sistema —más pequeño que el bisturí molecular de ADN Cas9 utilizado convencionalmente— permite su administración más sencilla a las células humanas. 

Además, puede apuntar a secuencias genéticas únicas que son inaccesibles para otros sistemas, incluido el homólogo original. 

El Cas9, comúnmente utilizado, actúa en dianas genómicas adyacentes a la secuencia de ADN «GG», que es una secuencia de ADN bastante común. Sin embargo, si no hay una GG cerca, se necesita una alternativa, y el nuevo sistema la ofrece al actuar en sitios adyacentes a los patrones «AATA» o «AGTA».

“Este sistema puede brindar a los investigadores flexibilidad para usar diferentes Cas9 cuando necesitan ser realmente precisos en la selección del sitio objetivo”.

– Gabe Butterfield, investigador postdoctoral en el Laboratorio Gersbach

Además, es menos probable que el sistema inmunitario humano lo reconozca, ya que S. uberis no se encuentra habitualmente en humanos. A diferencia de las especies bacterianas, que se utilizan para aislar las proteínas Cas9 más comunes. 

Por lo tanto, si se utiliza en una aplicación terapéutica, el sistema inmunológico de la mayoría de las personas no reconocería el SubCas9 de una exposición natural previa.

Además del potencial para aplicaciones terapéuticas, también apreciamos que las bacterias que se han adaptado a diversos hábitats albergan efectores más adecuados para varios tipos de huéspedes, con un gran potencial para el descubrimiento de sistemas más adecuados para plantas, ganado y aplicaciones ambientales.

– Barrangou

En el siguiente paso, los investigadores analizarán la capacidad de SubCas9 para eludir la inmunidad preexistente, como prevén. También están probando su incorporación en diversas terapias celulares y génicas. Los investigadores también podrían recurrir a las extensas bases de datos metagenómicas bacterianas para encontrar más sistemas CRISPR que puedan investigarse.

En general, los últimos avances en la edición genética CRISPR-Cas9 representan un avance importante que puede mejorar significativamente las técnicas de terapia genética, permitiendo tratamientos más precisos y eficientes para trastornos genéticos, cánceres y otras enfermedades. 

Dado el rápido ritmo de la investigación CRISPR, estos nuevos sistemas podrían integrarse en aplicaciones clínicas dentro de los próximos 3 a 5 años, a la espera de una mayor validación y aprobaciones regulatorias.

Empresa Innovadora

editas medicina, inc. (EDITAR -5.88%)

Editas Medicine es una empresa líder en edición genómica centrada en el desarrollo de terapias basadas en CRISPR para tratar una variedad de enfermedades graves.

Es una empresa de edición genómica en fase clínica que desarrolla medicamentos de edición genética administrados in vivo, donde el tratamiento se inyecta directamente en el paciente para editar las células de su cuerpo. El director ejecutivo, Gilmore O'Neill, MB, MMSc, ​​declaró a principios de este mes, al compartir novedades empresariales:

Nuestro objetivo y estrategia para convertirnos en líderes en edición genética in vivo se aceleró en el cuarto trimestre tras lograr la prueba de concepto preclínica in vivo antes de lo previsto y compartir datos preclínicos in vivo positivos que demuestran el potencial de nuestra tecnología de plataforma para lograr la sobreexpresión genética o amplificar la expresión de una proteína existente para alcanzar niveles clínicamente relevantes que podrían impulsar la curación en diferentes tejidos con una sola dosis. 

Al momento de escribir este artículo, las acciones de esta compañía con una capitalización bursátil de $117 millones se cotizan a $1.41, un aumento del 11.02 % en lo que va del año. Su BPA (TTM) es de -2.88 y su ratio precio-beneficio (TTM) es de -0.48.

A principios de este mes, la empresa reportaron Sus resultados financieros del cuarto trimestre y del año completo de 2024. La pérdida neta fue de 45.4 millones de dólares, o 0.55 dólares por acción, muy superior a los 18.9 millones de dólares registrados en el cuarto trimestre de 4. 

Los ingresos disminuyeron a $ 30.6 millones y los gastos de investigación y desarrollo aumentaron a $ 48.6 millones durante este período.

Al cierre de 2024, la compañía contaba con 269.9 millones de dólares en efectivo, equivalentes de efectivo y valores negociables, una cifra ligeramente superior a la del trimestre anterior. Según el anuncio de la compañía, se espera que estos fondos, junto con las retenciones de los pagos correspondientes a su acuerdo de licencia con Vertex Pharmaceuticals, financien los gastos operativos y de capital hasta bien entrado el segundo trimestre de 2.

Durante el año completo de 2024, la pérdida neta fue de $237.1 millones, o $2.88 por acción, los ingresos por colaboración disminuyeron a $32.3 millones, los gastos de I+D aumentaron a $199.2 millones, los gastos generales y administrativos aumentaron a $72 millones y los cargos por reestructuración fueron de $12.2 millones.

Los logros recientes de la compañía incluyen mostrar una prueba de concepto preclínica (PoC) en ratones humanizados y primates no humanos.

La Dra. Linda C. Burkly, directora de tecnología, afirmó que esto demuestra la capacidad de la compañía para lograr la edición genética in vivo mediante la sobreexpresión génica para aumentar el nivel de una proteína funcional y abordar enfermedades causadas por pérdida de función o mutaciones perjudiciales. Además, explicó el potencial de la estrategia de sobreexpresión génica en múltiples tejidos con el programa "plug 'n play".

Editas también ha compartido que está en camino de anunciar un candidato de desarrollo in vivo para células madre hematopoyéticas y células hepáticas a mediados de 2025, y para fin de año, apunta a compartir más datos preclínicos in vivo de HSC y células hepáticas.

En medio de esto, la compañía finalizó su programa reni-cel para el tratamiento de la anemia de células falciformes (ECF) tras una exhaustiva búsqueda infructuosa de un socio comercial. Con esta medida, la compañía inició medidas para ahorrar costos, lo que implica una reducción de plantilla del 65%, aproximadamente 180 puestos de trabajo.

Lo último sobre Editas Medicine, Inc.

Conclusión

Durante la última década, las tecnologías basadas en CRISPR han revolucionado la biotecnología al permitir la edición genómica. Han creado diversas oportunidades para la investigación biomédica, la edición genómica terapéutica y la edición epigenómica. 

Sin embargo, los enfoques actuales enfrentan limitaciones debido a su enfoque desproporcionado en un único efector Cas9 con eficiencia selecta y especificidad de focalización restringida. 

El descubrimiento de los nuevos sistemas CRISPR-Cas marca un avance importante en la edición genética. Al ampliar la precisión, la eficiencia y la versatilidad de las tecnologías actuales, el último estudio promete tratamientos más específicos para trastornos genéticos y mejores resultados agrícolas. Con el perfeccionamiento de estos sistemas por parte de los investigadores, una vez que se implementen en el mundo real, la próxima generación de edición genética podría abrir nuevas fronteras en la medicina y la biotecnología.

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