¿Cómo causa crispr-cas cambios genéticos?
Sistema CRISPR-Cas9 que funciona en organismos vivos. Ilustrador: Stephen Dixon
La llamada tecnología de edición de genes se refiere a la eliminación e inserción de secuencias de nucleótidos de ADN. En otras palabras, la tecnología de edición de genes permite a las personas reescribir el ADN según su propia voluntad. vida escrita por desoxirribonucleótidos. Sin embargo, durante mucho tiempo, la edición del ADN sólo podía lograrse mediante mutagénesis física y química y recombinación homóloga. Sin embargo, estos métodos tienen ubicaciones de edición aleatorias o requieren mucha mano de obra y recursos materiales para funcionar. Por lo tanto, editar secuencias de ADN y nucleótidos de manera conveniente y precisa ha sido un sueño de larga data de los investigadores. El nacimiento y madurez del sistema CRISPR-Cas9 marca la realización gradual de este sueño. Además, esta tecnología también muestra grandes perspectivas de aplicación no sólo en el campo de la investigación científica, sino también en el campo médico, agrícola, ganadero y otros campos de investigación. Por tanto, la patente de esta tecnología supone un hito en la aplicación de esta tecnología.
Del sistema inmunológico bacteriano a herramienta de edición de ADN
El sistema CRISPR-Cas9 no fue diseñado para uso humano. Su esencia es en realidad un sistema de defensa contra ADN extraño, como los virus en las bacterias. Algunos genomas bacterianos contienen una serie de secuencias de ADN agrupadas llamadas repeticiones palindrómicas cortas regularmente espaciadas (CRISPR). Se descubrió que las secuencias espaciadoras de estas repeticiones eran idénticas a las secuencias de ADN de muchos fagos que pueden invadir bacterias. Investigaciones adicionales encontraron que después de que estas secuencias se transcriben en ARN, pueden formar un complejo con una proteína llamada Cas producida por bacterias para guiar la proteína Cas, por lo que este ARN también se llama ARNg. Cuando el complejo detecta que el ADN invasor tiene la misma secuencia que el ARNg, la proteína Cas puede cortar el ADN invasor para lograr fines de defensa.
Nota: Estrictamente hablando, el ARNg en las bacterias consta de dos partes: una parte es el ARNtracr necesario para activar la proteína Cas y la otra parte es el ARNcr de la región espaciadora que reconoce el ADN invasor. En el vector del sistema CRISPR-Cas9 construido artificialmente, estos dos fragmentos de ARN se pueden fusionar en uno.
El sistema CRISPR-Cas es un mecanismo de corte de ADN de secuencia específica que rápidamente despertó el interés de la gente. Debido a que este sistema puede cortar ADN y su especificidad de secuencia está determinada por la secuencia del ARNcr, se ha convertido en una herramienta ideal para la edición de ADN. Los sistemas CRISPR-Cas en bacterias son extremadamente diversos, y el sistema de Streptococcus pyogenes en el que participa la proteína Cas9 ha sido el más estudiado. Por lo tanto, se modificó para convertir la secuencia que codifica la proteína Cas9 y sus elementos accesorios en un solo vector. Al mismo tiempo, para permitir que estos componentes entren en el núcleo de las células eucariotas, se añade un elemento de señal de entrada nuclear. De esta forma, los investigadores sólo necesitan sintetizar una secuencia de ADN para editar la secuencia de ADN e insertarla en una parte específica del vector. Una vez que el ARNg construido artificialmente se transfiere a la célula huésped, puede guiar a la proteína Cas9 para cortar la secuencia de ADN específica de la célula huésped, desempeñando así el papel de edición de genes.
Diagrama esquemático del sistema de edición de genes CRISPR-Cas9. Fuente de la imagen: Avances en Bioquímica y Biofísica
Amplias perspectivas para la edición de ADN
El sistema CRISPR-Cas9 se considera la tercera generación de tecnología de edición de genes. Comparado con sus dos predecesores, el sistema ZFN y el sistema Talon, tiene algunas ventajas incomparables. Primero, el sistema CRISPR-Cas9 tiene más sitios disponibles. En teoría, CRISPR-Cas9 puede editar cada ocho bases del genoma. Se puede decir que esta tecnología puede operar en cualquier gen, mientras que los sistemas Talen y ZFN sólo pueden encontrar una posición disponible entre cientos o incluso miles de bases, lo que limita enormemente el alcance de su uso. En segundo lugar, el sistema CRISPR-Cas9 es más escalable. Por ejemplo, la proteína Cas9 se puede modificar para que no corte la doble hebra de ADN, sino que solo corte la hebra única. Esto puede reducir en gran medida el riesgo de mutaciones cromosómicas debido a la unión de extremos no homólogos después de cortar la doble hebra. Además, la proteína Cas9 se puede vincular a otras proteínas funcionales para estudiar los efectos de estas proteínas en secuencias específicas de ADN en las células. En tercer lugar, y lo que es más importante, el sistema CRISPR-Cas9 es muy cómodo de usar y se puede completar en unos pocos pasos. Casi cualquier laboratorio puede realizar su trabajo sin la ayuda de empresas comerciales como ZFN y Talen. Debido a las características anteriores, CRISPR-Cas9 fue nombrado uno de los 10 avances biológicos en 2013. Vale la pena señalar que el erudito chino Zhang Feng realizó muchos estudios importantes sobre el sistema CRISPR-Cas9 en células eucariotas.
Dado que el sistema CRISPR-Cas9 derivado de bacterias también puede funcionar bien en células eucariotas, muestra su enorme potencial de aplicación.
Por ejemplo, en el campo de la investigación científica básica, el sistema CRISPR-Cas9 se utiliza principalmente para eliminar ciertos genes en sitios específicos para facilitar el estudio de las funciones biológicas de estos genes. Al mismo tiempo, no se puede subestimar el potencial de aplicación comercial del sistema CRISPR-Cas9. Por ejemplo, en el campo de la bioterapia, combinadas con la tecnología de células madre pluripotentes inducidas (iPS), las células iPS reparadas mediante la edición de genes pueden volver a desarrollarse en tejidos y órganos normales para uso de los pacientes. En la cría de ganado y otros trabajos, la edición de algunos genes de rasgos clave puede acelerar enormemente la selección de razas mejoradas.
Es precisamente debido a sus excelentes características y amplias perspectivas de aplicación que CRISPR-Cas9 se ha convertido en un tema candente en las solicitudes de patentes. Si bien ha habido muchas patentes sobre aplicaciones de secuencias CRISPR o proteínas Cas, esta extensa investigación fue aprobada como la primera patente que cubre un conjunto completo de vectores y métodos de operación del sistema CRISPR-Cas9. Esto significa que las futuras operaciones de edición genética que utilicen esta tecnología implicarán contenido protegido por esta patente. Entonces, ¿la aprobación de la patente obstaculizará el uso de esta tecnología? Por ahora, es poco probable que la investigación básica se vea afectada, como dijo el director del Broad Institute, Eric Lander, en un comunicado de prensa que acompaña al anuncio de la patente: "Dada la misión del Broad Institute es acelerar nuestro Para la comprensión y el tratamiento de las enfermedades, estamos comprometidos "Pero queda por ver si la aparición de esta patente tendrá un impacto en las empresas que utilizan esta tecnología en aplicaciones comerciales más lucrativas. Después de todo, además de la declaración anterior, el Instituto Yuanda también dijo: "Goza del derecho de restringir esta patente.
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