Difícil de olvidar aquella histórica escena en abril del 2000 cuando el entonces presidente de Estados Unidos, Bill Clinton, y el primer ministro inglés, Tony Blair, anunciaron el primer borrador de la decodificación del genoma humano. Eran los albores del milenio y el anuncio dejaba ver que era el inicio de una nueva era.

“Hoy estamos aprendiendo el lenguaje con el que dios creó la vida”, dijo en su momento el mandatario estadounidense. El proyecto empezó a gestarse en la década de los 80 del siglo XX y uno de sus iniciadores fue James Watson, quien en los 50 —junto con Francis Crick— descubrió la estructura del ADN. El plan de poder secuenciar el total del genoma no comenzó oficialmente sino hasta 1990. Con la tecnología de entonces, se previó que se tardarían unos 15 años en alcanzar el objetivo.

La hazaña, comparable al hecho de conquistar la Luna, requirió la participación de casi 3,000 científicos de seis países. La cara más visible de esta aventura fue el investigador Francis Collins, quien rivalizó con el científico Craig Venter para determinar el orden exacto de los pares en un segmento de ADN.

Gracias a esta investigación, hoy sabemos que el genoma humano contiene cerca de 3,000 millones de pares de bases que se encuentran en los 23 pares de cromosomas dentro del núcleo de cada una de nuestras células. El resultado fue hecho público para que cualquiera persona pudiera utilizarlos libre y gratuitamente. El genoma es hoy patrimonio de la humanidad.

El acceso a este conocimiento ha permitido avanzar en el tratamiento y comprensión de las enfermedades hereditarias y genéticas. Además, hemos podido conocer a detalle los orígenes de nuestra especie y se han desarrollado nuevas técnicas de análisis con costos y tiempos mínimos. El Proyecto Genoma Humano requirió una inversión de 2,700 millones de dólares y tardó 13 años en consumarse. Hoy, secuenciar esta molécula cuesta un promedio de 1,000 dólares y se realiza en 24 horas.

Si leer “el gran texto de la vida” ha sido una hazaña inigualable del ser humano, no lo es menos poderlo manipular a la manera de un copy-paste, como el que utilizan los procesadores de palabras. Por este alcance, las investigadoras Emmanuelle Charpentier, del Instituto Max Planck de Biología de la Infección en Berlín, y Jennifer Doudna, científica del Instituto Médico Howard Huhges e investigadora principal de los Institutos Gladstone, recibieron el Premio Nobel de Química este 7 de octubre.

Ellas desarrollaron la tecnología que funciona como unas tijeras moleculares programadas para reconocer secuencias específicas en los genes e introducir mutaciones correctas en el ADN sustituyendo partes dañadas. En entrevista durante la entrega de premios Kavli 2018 en Oslo, Noruega, las científicas dieron a Tec Review detalles de esta técnica:

¿Qué es CRISPR/Cas9 y cómo funciona?

Emmanuelle Charpentier (EC): Es un tecnología que facilita la modificación genética en una gran variedad de células y organismos, funciona como unas “tijeras moleculares” que están programadas para reconocer secuencias específicas en los genes y ayuda a realizar lo que llamamos pre search editing, es decir, la posibilidad de introducir mutaciones en el ADN, mutaciones correctas, sustituyendo partes del ADN por otras partes del ADN, reemplazando un gen por otro gen, cada célula u organismo con los que se pueda trabajar de manera ética. Es una técnica muy revolucionaria porque permite realizar modificaciones en el ADN, se trata de una tecnología muy poderosa.

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¿Cuáles son los principales usos de esta técnica?

Jennifer Doudna (JD): Actualmente esta tecnología se usa en todo el mundo para investigación, para entender la genética de los seres vivos y para generar cambios en plantas, animales e insectos que permiten a los científicos entender los genes que hacen que los organismos sean como son. En el futuro anticipamos que esta tecnología se empleará para curar enfermedades genéticas en seres humanos y también para modificar la genética de las plantas, lo que les permitirá resistir el cambio climático y plagas, e incluso hacer que las plantas sean más nutritivas.

¿Cuál puede ser el impacto de esta tecnología, por ejemplo, en la industria alimentaria?

EC: Es muy importante para la producción de alimentos, permite producir cultivos limpios, es decir, plantas que han sido modificadas con CRISPR/Cas9 pero lo que compramos al final del proceso es algo que no ha recibido un ADN ajeno al genoma de la planta. Es una técnica que permite mucha precisión en la modificación del genoma de la planta.

¿Y específicamente en el área de la salud?

EC: Esta tecnología ya ha tenido un gran impacto, ya que se tiene que entender que para el desarrollo de nuevas medicinas uno tiene que hacer investigación para conocer la causa de muchas enfermedades y encontrar los caminos para identificar los nuevos objetivos de las nuevas medicinas. En este punto es crítico tener unas herramientas genéticas que ayuden a entender mejor la función de los genes o el mecanismo molecular o celular que expliquen como se desarrollan las enfermedades, y permite como tecnología desarrollar un número de filtros para encontrar nuevos objetivos para nuevas medicinas y por lo tanto nuevos modelos de enfermedades para poder probar esas medicinas. CRISPR/Cas9 ya se usa en este sentido.

Pero lo que es muy interesante también es que hay un desarrollo de esta tecnología como un tratamiento directo en el campo de la inmunoterapia en el cáncer, en el que ciertos tipos de cáncer pueden curarse con células inmunes que son reprogramadas para reconocer las células cancerígenas y destruirlas. Estas células tienen que ser diseñadas, genéticamente para reconocer específicamente a estas células cancerígenas, y para esto se usa el CRISPR/Cas9.

Otro caso de aplicación es directo en terapia, por la posibilidad que tiene CRISPR/Cas9 de corregir mutaciones que serán la causa de ciertas enfermedades genéticas. Hay varios ensayos clínicos que ya han empezado a trabajar en esta dirección. Falta mucho para que sepamos que la tecnología es útil en este campo, pero esperemos que en los siguientes cinco años tengamos las pruebas de que CRISPR/Cas9 puede curar algunas enfermedades genéticas.

También sé que tiene un papel importante en los transplantes cerdo-humanos. Sí, sí, CRISPR/Cas9 puede usarse para los transplantes.

La gente tiene mucha imaginación con respecto a este tipo de tecnología, ¿qué es importante que sepan?

EC: Es importante comunicar que la tecnología es muy útil para los biólogos, para el desarrollo y la investigación científicos, para beneficiar la salud, los cultivos, para el bienestar. La noción de la modificación genética puede entenderse de una manera distinta, porque permite la producción de cultivos limpios de un modo más seguro y preciso que cualquier otro tipo modificación genética empleada antes, o que el uso de pesticidas. Aunque uno podría imaginar escenarios de ciencia ficción, la tecnología puede hacer muchas cosas, pero también hay muchas otras que no puede hacer, aún no está lista para eso.

¿Cuáles han sido los grandes desafíos para desarrollar estas tecnología?

EC: Los desafíos han sido mínimos y eso ayuda a entender por qué esta tecnología se desarrollo tan rápido y fue adoptada por la comunidad científica. Hay dos cosas: había una necesidad real de los biólogos de tener tecnología que facilitara la genética en células y organismos. Y el segundo es que esta tecnología se basa en un mecanismo de defensa existente en las bacterias, éstas se defienden de las infecciones con sus propio virus y el mecanismo que nosotros comprendimos en el laboratorio era tan natural, tan sencillo y, a la vez, suficientemente sofisticado para aplicarlo con rapidez cambiando muy poco el proceso natural para poder modificar el ADN y la expresión del ADN de muy diversas maneras. Esta es la razón por la cual la tecnología ha tenido tanto éxito.

¿Qué dinámica se sigue cuando varios laboratorios en el mundo están buscando lo mismo?

EC: Para este estudio, tenemos dos colaboraciones. Primero analizamos los componentes del sistema y entonces colaboramos con un grupo en Alemania, para la primera parte que fue entender el mecanismo y luego para la segunda parte, para saber cómo funciona el mecanismo, colaboré con un grupo de la Universidad de Berkeley para conocer más la parte estructural del sistema.

Uno necesita estas colaboraciones porque surgen preguntas que van más allá del mecanismo y se termina colaborando, son parte de la vida diaria de los científicos para diferentes propósitos porque pueden ayudar en cierto tipo de experimentos o equipo que quizá no tienes, porque hay un expertise que no se tiene o simplemente porque quieres colaborar con alguien para saber más cosas y acabas colaborando en otros aspectos, es parte de la vida de los científicos y es muy importante, en Europa por ejemplo hay mucho financiamiento que solo se otorga por colaboraciones.

Necesitamos demostrar que somos capaces de formar un equipo de científicos haciendo preguntas acerca de biología, ya que encontraremos respuestas más rápido y podremos obtener ayuda. Hay una gran demanda de colaboraciones en las agencias de financiamiento.

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¿Cuáles son las implicaciones bioéticas más importantes del proyecto?

JD: Estoy muy interesada en las implicaciones éticas de la edición biológica, porque es una tecnología que permite por primera vez al ser humano tener control sobre la genética de todos los organismos de nuestro medio ambiente, así como la nuestra propia. Permite que los humanos controlemos nuestra propia evolución. Si pensamos en las implicaciones que esto tiene, son muy profundas. Estoy involucrada en numerosas charlas internacionales acerca del uso responsable de la edición genética y animo a los científicos a que se comprometan entre ellos también con la comunidad en general.

Como científica, ¿tienes alguna preocupación concreta acerca del uso de esta técnica?

JD: Creo que hay tres áreas con desafíos éticos concretos: una es la edición de embriones, la modificación del ADN de manera que permita que los rasgos pasen a las siguientes generaciones. Esto aumenta la posibilidad de la eugenesia, diseñar a los humanos para que tengan determinadas cualidades o rasgos. Esta aplicación es muy delicada y debe reflexionarse con mucho cuidado, y debemos decidir qué vamos a hacer con eso como sociedad. En segundo lugar está la agricultura, donde pueden tener muchos beneficios potenciales pero también podría causar daño, así que también hay que ser cuidadosos. Y la tercera es la edición del genoma en organismos que se liberan en el ambiente, por ejemplo, en los insectos. Esto puede ser beneficioso si podemos reducir la transmisión de enfermedades de los mosquitos, pero también podría tener efectos medioambientales no previstos.

¿Podemos pensar que CRISPR/Cas9 acelera el ritmo de la evolución?

JD: Ya podemos introducir cambios en los genomas a nuestra voluntad y permitir que los organismos respondan a ello, así que sí tiene grandes implicaciones. Por un lado, tiene el potencial de curar enfermedades y permitir que entendamos las bases genéticas que las producen, pero también puede generar cambios dañinos con los que debemos tener mucho cuidado.

Debemos saber que no es que introduzcamos algo ajeno a nuestro ADN, sino que trabaja con lo que ya está escrito…

JD: Es importante que entendamos como esta tecnología cambia el ADN. Fundamentalmente lo hace de dos maneras: una es haciendo alteraciones en el ADN sin introducir ningún tipo de material genético, algo muy similar a cambiar una letra en un texto o eliminar una frase de un documento que escribiste. Otra manera es mejorando la manera en que las células introducen un ADN ajeno en el genoma del organismo, de manera que el código de vida de una célula se puede modificar con la edición genética insertando nuevas piezas de secuencias de ADN, párrafos nuevos y, de nuevo, esto puede usarse con grandes beneficios pero también debe usarse con mucho cuidado.

¿Qué sientes cuando sabes que has sido parte tan importante del desarrollo de esta técnica?

JD: He tenido ciertos momentos en mi carrera científica que denomino “momentos de descubrimiento”. Momentos en que has descubierto algo o una revelación del mundo natural que es excepcionalmente emocionante y este fue así, hacer esta investigación en mi propio laboratorio. Esto fue un estudio realizado por un investigador, Martin Jenik, quien hacía experimentos para comprender cómo la proteína CRISPR/Cas9 corta el ADN, cómo puede encontrar una secuencia de ADN y realizar un corte preciso, y eso desencadena la edición. Una vez que supimos cómo funcionaba, nos miramos el uno al otro y nos dimos cuenta que eso podría ser una tecnología increíble. Ese fue un momento de revelación que fue tan emocionante, que aún puedo sentir cómo se erizaron los cabellos de mi nuca pensando: “wow, esto no es solo un descubrimiento biológico relevante, esto tendrá implicaciones importantes en el futuro”.

Crecí en un pequeño pueblo en Hawai y no conocía a nadie que fuera científico profesional, excepto mis maestros en la escuela. Pero amo la ciencia, las matemáticas y entender el mundo natural y soñé en convertirme en una científica, en alguien que pasa su vida intentando entender pequeñas piezas del mundo natural. Para mí ha sido una experiencia increíble pasar por todo el trabajo que hicimos con CRISPR, y ahora con Marie Charpentier y todo lo que viene en el futuro realmente es un momento apasionante.

Traducción: Raquel Villanueva Juárez.