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Se perdieron secciones importantes del cromosoma en cuestión. Por el profesor Michael Antoniou y Claire Robinson
Se están desarrollando herramientas de edición genética basadas en CRISPR para corregir secciones defectuosas específicas del genoma y curar enfermedades genéticas hereditarias. Algunas aplicaciones ya se encuentran en ensayos clínicos. Sin embargo, hay un problema: en determinadas condiciones, la reparación puede provocar deleciones y reordenamientos a gran escala del ADN, como en el caso de la modificación del gen NCF1 en la enfermedad granulomatosa crónica (EGC). Así lo ha informado un equipo de investigadores y médicos del programa de investigación clínica ImmuGene de la Universidad de Zúrich (UZH).
Sus hallazgos tienen implicaciones importantes no sólo para la terapia basada en la edición genética, sino también para la edición genética mediada por CRISPR en animales y plantas, donde podrían desencadenarse los mismos tipos de daños genéticos a gran escala. De hecho, como dicha edición se lleva a cabo con mucha menos precaución en organismos no humanos, la probabilidad de que se produzcan daños a gran escala aumenta enormemente (véase más adelante sobre la multiplexación).
El estudio también muestra que los intentos de evitar estos problemas mediante el uso de adaptaciones de las tecnologías de edición genética CRISPR, como la edición de bases y de iniciación, pueden no tener éxito.
Esta investigación sobre la EGC es sólo la última de una serie de estudios que han demostrado repetidamente quArt. original:e distintos tipos de mutaciones no deseadas resultantes de la edición genética pueden afectar el funcionamiento de múltiples sistemas genéticos, con consecuencias potencialmente dañinas.
¿Qué es la EGC?
La enfermedad hepática crónica es una enfermedad hereditaria poco frecuente que afecta a aproximadamente una de cada 120.000 personas. La enfermedad afecta al componente del sistema inmunitario encargado de combatir las infecciones, lo que puede poner en peligro la vida del paciente. Una variante de la enfermedad hepática crónica es causada por la ausencia de dos letras en la secuencia del gen de la unidad básica del ADN que codifica la proteína NCF1. Este error provoca la incapacidad de las células sanguíneas conocidas como neutrófilos para producir un complejo enzimático que desempeña un papel esencial en la defensa inmunitaria contra las infecciones bacterianas, fúngicas y por levaduras.
Los hallazgos del nuevo estudio
En el nuevo estudio, el equipo de iArt. original:nvestigación logró utilizar el sistema de edición genética CRISPR para insertar las letras de la unidad de base de ADN que faltaban en el lugar correcto en el gen NCF1, reparando así el defecto genético. Inicialmente, realizaron experimentos en cultivos de células humanas que contenían el gen NCF1 defectuoso. Luego, los autores avanzaron hacia experimentos utilizando los objetivos celulares naturales para la terapia génica de la EGC: células madre y progenitoras de médula ósea de pacientes con EGC que albergaban el defecto en el gen NCF1.
Sin embargo, algunas de las células reparadas mostraban nuevos defectos genéticos que afectaban a grandes regiones del ADN. Faltaban secciones enteras del cromosoma alrededor de donde se había realizado la reparación mediante edición genética. Estas secciones faltantes en algunos casos abarcaban millones de unidades de base de ADN, lo que dio como resultado la pérdida de muchos genes (17 en un caso). La razón de esto es la constelación genética especial en la que se encuentra el gen NCF1: está presente tres veces en el mismo cromosoma, una vez como un gen que funciona normalmente y dos veces en forma de pseudogenes defectuosos (copias imperfectas del gen funcional). Estos pseudogenes son incapaces de producir la proteína NCF1 normal y, por lo tanto, no pueden contribuir a la formación del complejo enzimático que necesitan los neutrófilos para combatir las infecciones.
La herramienta de edición genética CRISPR no podía distinguir entre las diferentes versiones del gen NCF1 y, por lo tanto, en ocasiones cortaba la cadena de ADN en múltiples lugares del cromosoma, tanto en el gen NCF1 que funcionaba normalmente como en los pseudogenes defectuosos. Cuando las secciones se volvieron a unir posteriormente, en algunos casos, segmentos enteros del gen estaban desalineados o faltaban. Las consecuencias médicas son impredecibles y, en el peor de los casos, pueden contribuir al desarrollo de leucemia. "Esto exige cautela al utilizar la tecnología CRISPR en un entorno clínico", dijo la autora principal Janine Reichenbach.
Se busca un método más seguro
En un esfuerzo por minimizar los riesgos de introducir inadvertidamente daños en el ADN a gran escala, el equipo probó una serie de enfoques utilizando diferentes versiones de la herramienta de edición genética CRISPR.
En primer lugar, introdujeron en las células un complejo de edición CRISPR/Cas preensamblado conocido como RNP (ribonucleoproteína) en lugar de material genético (plásmidos) que codifica para esta herramienta de edición genética. El uso de complejos CRISPR/Cas RNP preensamblados se ha convertido en un estándar en el campo de la terapia génica, ya que una vez dentro de las células diana, tienen una vida más corta que el ADN plasmídico, por lo que hay menos tiempo para que causen daños no deseados en el ADN. Los investigadores descubrieron que el CRISPR/Cas RNP podía corregir con éxito el defecto genético NCF1 en el 5% o el 50% de las células diana, dependiendo del tipo de célula. Sin embargo, esto no impidió la formación de daños en el ADN a gran escala en una alta proporción de estas células diana: el 25% o el 35%.
En segundo lugar, los investigadores también probaron variantes de la herramienta de edición genética CRISPR/Cas que introducen únicamente roturas de una sola cadena de ADN en lugar de la más habitual rotura de doble cadena de ADN. Esto se hizo para evitar la formación de las roturas de doble cadena que generalmente se consideran las culpables de causar daños a gran escala en el ADN. También analizaron el uso de elementos protectores que reducen la probabilidad de que la herramienta de edición genética corte el cromosoma en varios sitios simultáneamente. Desafortunadamente, ninguna de estas medidas pudo prevenir por completo los efectos no deseados, incluido, quizás sorprendentemente, cuando la herramienta CRISPR no causó ninguna rotura de doble cadena de ADN.
Esto sirve de advertencia a quienes desarrollan métodos de edición genética basados en CRISPR que implican procesos conocidos como edición primaria y edición de bases, que se basan en roturas de ADN monocatenario para llevar a cabo su actividad de edición. Se ha asumido comúnmente que el uso de estos métodos minimizará el riesgo de crear grandes deleciones y reordenamientos no deseados en el ADN. Pero la nueva investigación muestra que esto puede no ser así y que se necesita una caracterización genética molecular cuidadosa, como la secuenciación de ADN de lectura larga, para garantizar que esto no haya sucedido.
“Este estudio pone de relieve tanto los aspectos prometedores como los desafiantes de las terapias basadas en CRISPR”, afirma el coautor Martin Jinek, profesor del Departamento de Bioquímica de la UZH. Afirma que el estudio aporta información valiosa para el desarrollo de terapias de edición genética para la enfermedad hepática crónica y otros trastornos hereditarios. “Sin embargo, se necesitan más avances tecnológicos para que el método sea más seguro y eficaz en el futuro”.
Implicaciones para la edición genética de animales y plantas
Si bien este estudio se relaciona con la terapia génica humana, tiene implicaciones importantes para la edición genética de animales y plantas. Esto se debe a que los tipos de daños a gran escala al genoma descritos en este estudio también pueden surgir durante la edición genética de estos organismos. En consecuencia, el funcionamiento de muchos genes puede verse alterado o perderse. Esto, a su vez, puede conducir a cambios importantes en la función bioquímica y celular del organismo. En los animales, los efectos no deseados observados en este estudio podrían perjudicar la salud, incluso causar enfermedades como cáncer y defectos de desarrollo. En el caso de las plantas alimenticias editadas genéticamente, el resultado podría ser una toxicidad o alergenicidad inesperadas, o un contenido nutricional alterado.
Muchos ingenieros genéticos vegetales afirman que pueden descartar plantas con mutaciones genéticas no deseadas. Sin embargo, a menos que una mutación haga que la planta parezca claramente enferma o no crezca ni se propague, podría pasarse por alto, aunque haya dado lugar a una composición bioquímica alterada que puede perjudicar al consumidor.
Riesgos de la multiplexación
La probabilidad de que se produzcan los daños a gran escala del ADN observados en este estudio en la edición genética de plantas alimenticias aumenta enormemente debido a la aspiración de los ingenieros genéticos de plantas de actuar sobre múltiples genes simultáneamente ("multiplexación"). La multiplexación implica introducir en las células múltiples herramientas CRISPR/Cas al mismo tiempo, con el objetivo de actuar sobre varias ubicaciones diferentes en el ADN del organismo. Esto da como resultado la creación simultánea de varios cortes en el ADN de las células y, en consecuencia, existe un riesgo muy alto de que se produzcan grandes deleciones y reordenamientos en la reparación del ADN, como se demuestra gráficamente en este estudio.
Se requiere un examen minucioso
En conclusión, este estudio exhaustivo ha demostrado cómo pueden producirse deleciones y reordenamientos a gran escala del genoma tras la actividad de una sola herramienta de edición genética CRISPR/Cas. Se descubrió que esto ocurría cuando la actividad de la herramienta de edición genética producía una rotura de ADN de cadena simple o doble en los sitios de edición previstos y no previstos. Este proceso también imita lo que ocurre durante las aplicaciones de edición genética múltiple mediadas por CRISPR/Cas. Los autores advierten que los sitios objetivo de la edición genética deben examinarse cuidadosamente para evitar tales resultados a partir de este mecanismo.
Las personas que trabajan en el campo de la edición genética agrícola deben asegurarse de hacerlo también, pero hasta ahora no hemos visto ninguna prueba de que lo estén haciendo. Esta omisión puede dar lugar a que se pase por alto una caracterización genética molecular crucial y a las consecuencias posteriores de cualquier daño genético en un producto final editado genéticamente que se pretende comercializar. Esas consecuencias pueden incluir la alteración de múltiples funciones genéticas, lo que lleva a cambios bioquímicos que resultan en una toxicidad o alergenicidad inesperadas, o en un contenido nutricional comprometido. Es necesario establecer normativas que exijan que se examinen todas estas posibilidades en una evaluación de riesgos exhaustiva.
El nuevo estudio:
Federica Raimondi et al. La edición genética de los loci NCF1 está asociada con la recombinación homóloga y los reordenamientos cromosómicos. Communications Biology. 9 de octubre de 2024. DOI: https://doi.org/10.1038/s42003-024-06959-z
* Las células madre de la médula ósea son las células progenitoras a partir de las cuales se producen todos los tipos de célulasArt. original: sanguíneas. Esto incluye los glóbulos rojos y las células del sistema inmunitario (por ejemplo, las células T, las células B y los neutrófilos).
Para obtener más información sobre los resultados inesperados y los riesgos de la edición genética, consulte MITOS, RIESGOS Y RECURSOS SOBRE LA EDICIÓN GENÉTICA
Fuente de las citas: Universidad de Zúrich
Art. original:
CRISPR gene editing causes large-scale genetic damage while correcting mutant genes
https://gmwatch.org/en/106-news/latest-news/20479
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