Biomedicina

TR10: Edición genómica

La capacidad de crear primates con mutaciones específicas podría dar lugar a nuevas formas de estudiar desórdenes cerebrales

  • Lunes, 28 de abril de 2014
  • Por Christina Larson and Amanda Schaffer
  • Traducido por Lía Moya

Avance

El uso de una herramienta para modificar el genoma en la creación de dos monos con mutaciones específicas.

Por qué importa

La capacidad de modificar genes concretos en primates es una herramienta valiosa para el estudio de las enfermedades humanas.

Actores clave

  • Laboratorio Clave de Yunnan (China)
  • Jennifer Doudna, Universidad de California en Berkeley (EEUU)
  • Feng Zhang, Instituto Tecnológico de Massachusetts (EEUU)
  • George Church, Universidad de Harvard (EEUU)

El Experimento

Hasta hace poco a Kunming, la capital de la provincia china de Yunnan, en el suroeste del país, se la conocía principalmente por sus palmeras, sus cielos azules, su estilo relajado y un flujo continuo de mochileros extranjeros de camino a las montañas cercanas y sus espectaculares paisajes. Pero la reputación de Kunming como ciudad de provincias aislada está cambiando rápidamente. En un solar a las afueras de la ciudad, que era selva hace apenas 10 años, hoy reside una instalación de investigación genómica donde los científicos han llevado a cabo un experimento provocador. Han creado un par de macacos con mutaciones genéticas precisas.

Las monas gemelas Mingming y Lingling nacieron el mes de noviembre pasado en el gran campus de investigación de Kunming Biomedical International y su laboratorio afiliado, el Laboratorio Clave de Investigación Biomédica en Primates de Yunnan. Los macacos se concibieron mediante fertilización in vitro. Después los investigadores usaron un nuevo método de manipulación del ADN conocido como CRISPR para modificar los óvulos fertilizados para editar tres genes distintos, y se implantaron en una madre de alquiler. El nacimiento de las gemelas supone la primera vez que se usa CRISPR para hacer modificaciones específicas en primates, abriendo la posibilidad de una nueva era de la biomedicina en la que las enfermedades complejas se puedan modelar y estudiar en monos.

CRISPR, desarrollado por investigadores de la Universidad de California en Berkeley, la Universidad de Harvard, el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT por sus siglas en inglés) y otros centros a lo largo de los últimos años, ya está transformando cómo piensan los científicos en la manipulación genética, porque les permite hacer cambios precisos en el genoma con relativa facilidad (ver "Cirugía del genoma"). El objetivo del experimento en Kunming es confirmar que la tecnología puede crear primates con múltiples mutaciones, explica uno de los arquitectos del mismo, Weizhi Ji.

Ji empezó su carrera enfocada hacia la reproducción de los primates en el Instituto de Zoología de Kunming, una institución gubernamental, en 1982. China era "un país muy pobre" entones, recuerda. "No teníamos financiación suficiente para la investigación. Hacíamos trabajos muy sencillos, por ejemplo estudiar cómo mejorar la nutrición de los primates". Desde entonces las ambiciones científicas de China han cambiado radicalmente. El campus de Kunming puede presumir de amplias instalaciones para albergar a  los monos: 75 casas cubiertas que alojan a más de 4.000 primates, muchos de los cuales se dedican a columpiarse enérgicamente subidos a escaleras colgantes, y a subir y bajar por paredes de malla. Sesenta cuidadores especializados que visten uniformes azules los atienden a tiempo completo.


El laboratorio donde se llevó a cabo el experimento cuenta con sistemas de microinyección, microscopios que apuntan a una placa con dos agujas de precisión controladas por palancas y diales. Estos se usan tanto para inyectar esperma en los óvulos, como para la edición genética, que usa un ARN "guía" que da instrucciones a una enzima para cortar el ADN. Durante mi visita, un joven técnico de laboratorio estaba muy concentrado en mover los mandos para alinear el esperma con un huevo. Inyectar cada esperma lleva apenas unos segundos. Unas nueve horas después, cuando el embrión aún está en la fase en que es una única célula, un técnico usará la misma máquina para inyectarle los componentes moleculares de CRISPR, procedimiento que también dura apenas unos segundos.

Durante mi visita a finales de febrero, las macacos gemelas no contaban más que con unos meses de vida y vivían en incubadoras, observadas atentamente por el personal del laboratorio. Ji y sus compañeros siguen vigilando de cerca a las macacos para detectar cualquier consecuencia de esta modificación genética pionera.

El Impacto

Por Amanda Schaffer

La nueva herramienta para la edición del genoma, llamada CRISPR y usada por investigadores en China para crear monos transgénicos, es una forma precisa y relativamente fácil de alterar el ADN en puntos precisos de un cromosoma. A principios de 2013, científicos estadounidenses demostraron que se podía usar para modificar cualquier tipo de célula animal, entre ellas las humanas, en una placa de Petri. Pero los investigadores chinos han sido los primeros en demostrar que este método se puede usar en primates para crear descendencia con alteraciones genéticas concretas.

"La idea de que podemos modificar primates fácilmente con esta tecnología resulta muy potente", explica la profesora de biología molecular y celular de la Universidad de California en Berkeley y desarrolladora de CRISPR, Jennifer Doudna. La creación de primates con genes alterados podría conducir a formas muy valiosas y novedosas de estudiar enfermedades humanas completas. Pero también propone nuevos dilemas éticos. Desde un punto de vista técnico, la investigación en primates China sugiere que los científicos podrían alterar óvulos humanos fertilizados usando el método CRISPR; si los monos nos sirven de ejemplo, estos óvulos podrían crecer hasta ser bebés manipulados genéticamente. Pero "que eso sea buena idea es una pregunta mucho más difícil de responder", afirma Doudna.

La perspectiva de crear bebés de diseño está muy lejos de la mente de la mayoría de los investigadores que están desarrollando CRISPR. Mucho más inminentes son las oportunidades de crear animales con mutaciones relacionadas con enfermedades humanas. Experimentar con primates es caro y pueden surgir dudas relativas a su bienestar, sostiene Doudna. Pero la demostración de que CRISPR funciona en monos tiene "a mucha gente pensando en casos en las que los primates como modelo pueden ser importantes".

En el primer lugar de la lista está el estudio de los desórdenes mentales. El director del Instituto de Investigación Cerebral McGovern del MIT (EEUU), Robert Desimone, afirma que hay "bastante interés" por usar CRISPR para generar modelos de enfermedades como el autismo, la esquizofrenia, el Alzheimer y el desorden bipolar en monos. Estos desórdenes resultan difíciles de estudiar en ratones y otros roedores, no sólo porque el comportamiento afectado difiere sustancialmente entre estos animales y los humanos, sino porque los circuitos neuronales implicados en los desórdenes pueden ser distintos. Muchos fármacos psiquiátricos experimentales que parecen funcionar bien en ratones no han tenido éxito en las pruebas con humanos. Como consecuencia de estos fracasos, muchas farmacéuticas han recortado o abandonado sus esfuerzos para desarrollar tratamientos.

Los modelos con primates podrían ser especialmente útiles para los investigadores que intentan dar sentido al número cada vez mayor de mutaciones que los estudios genéticos relacionan con desórdenes mentales. La importancia de una variante concreta en un gen no suele estar clara; puede ser la causa de un desorden o simplemente estar asociada indirectamente con la enfermedad. CRISPR podría ayudar a los investigadores a definir las mutaciones que realmente producen los desórdenes mediante la introducción de las variantes genéticas sospechosas de forma sistemática en monos y la observación de los resultados. CRISPR también es útil porque permite a los científicos crear animales con distintas combinaciones de mutaciones, para valorar cuáles de ellas (o qué combinación de las mismas) son las más importantes a la hora de producir una enfermedad. Este complejo nivel de manipulación es prácticamente imposible con otros métodos.

El profesor de neurociencias del MIT Guoping Feng y un colega suyo del Instituto Broad y el Instituto McGovern, Feng Zhang, que demostraron que CRISPR se podía usar para modificar el genoma de las células humanas, están trabajando con investigadores chinos para crear macacos con una versión del autismo. Planean mutar un gen llamado SHANK3 en óvulos fertilizados, creando monos que se puedan usar para estudiar la ciencia básica del desorden y probar posibles tratamientos farmacológicos. (Sólo un pequeño porcentaje de quienes sufren autismo cuentan con la mutación SHANK3, pero es una de las pocas variantes genéticas que implican una alta probabilidad de sufrir el desorden).

Los investigadores chinos responsables del nacimiento de los monos transgénicos siguen centrándose en desarrollar la tecnología, como explica Weizhi Ji, quien dirigió el proyecto en el Laboratorio Clave de Investigación Biomédica en Primates de Yunnan en Kunming. Sin embargo, su grupo espera crear monos con Parkinson además de otros desórdenes cerebrales. El objetivo es buscar los primeros síntomas de la enfermedad y estudiar el mecanismo que permite que progrese.

La posibilidad más extrema que plantea este trabajo con primates es, evidentemente, usar CRISPR para cambiar la composición genética de los embriones humanos durante la fertilización in vitro. Y aunque este tipo de manipulación debería ser posible técnicamente, la mayoría de los científicos no parecen muy ansiosos por embarcarse en ella.

Para empezar, los problemas de seguridad serían tremendos. Si se piensa en "enredar con una única célula que potencialmente se convertirá en un bebé", incluso un pequeño error o efecto adverso podrían tener enormes consecuencias, afirma el director del Centro de Derecho y Biociencia de la Universidad de Stanford (EEUU), Hank Greely. Es más, ¿para qué molestarse? Para la mayoría de las enfermedades con causas genéticas simples no merecería la pena usar CRISPR; tendría más sentido que las parejas "escogiesen un embrión distinto que no tuviera la enfermedad", explica. Esto ya se puede hacer como parte de la fertilización in vitro, a través de un procedimiento denominado diagnóstico genético preimplantacional.

Se podría especular con que los padres quisieran alterar múltiples genes para reducir el riesgo de que sus hijos tengan, por ejemplo, enfermedades cardiovasculares o diabetes, ambas con un componente genético importante. Pero al menos en los próximos cinco a diez años, a Greely eso le parece "casi una locura, casi inimaginable". Muchos, si no la mayoría, de los rasgos que los futuros padres querrían alterar en sus hijos quizá sean además demasiado complejos o poco estudiados para que sea razonable una intervención sobre ellos. Los científicos no entienden, por ejemplo, la base genética de la inteligencia o de otras funciones de alto nivel del cerebro, y es poco probable que eso cambie hasta dentro de mucho tiempo.

Ji afirma que crear humanos con genomas editados por CRISPR es "muy posible", pero está de acuerdo en que "teniendo en cuenta el tema de la seguridad, aún queda mucho camino por recorrer". Mientras tanto, su equipo espera usar monos transgénicos para "establecer modelos muy eficaces de enfermedades humanas en animales para mejorar la salud de los humanos en el futuro".

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