Una nova forma de tallar l’ADN i les seves aplicacions

Al final dels anys 80, cientifics de la universitat d’Osaka van notar unes seqüències inusuals d’ADN que es repetien al costat d’un gen d’un bacteri que estaven estudiant i ho van esmentar al final d’un article que van publicar dient que el significat biològic d’aquestes seqüències no era conegut.

Ara aquest significat s’ha descobert i ha provocat una gran excitació.

Aquestes seqüències són part d’un sofisticat sistema immunològic que els bacteris usen per a defensar-se dels virus. Abans no es sabia que els bacteris tinguessin un sistema immunològic sofisticat com  aquest i que recorda els invasors anteriors com ho fa els sistema humà.  

Aquest sistema pot donar als científics un poder insospitat per a reescriure el codi de la vida. Fa poc més d’un any, els investigadors han descobert que aquest sistema bacterià es pot utilitzar per a fer canvis precisos en l’ADN humà i també en el dels animals i plantes. Això significa que el genoma es pot editar de forma semblant a la que corregim un text o canvien paraules.

L’enzim Cas9, mostrat aquí en blau i gris, pot tallar l’ADN en el llocs seleccionats com es veu en aquest ,model fet a partir d’imatges de microscopi electrònic.

 

Aquest sistema molecular, anomenat Crispr, ja s’usa per a obtenir animals genèticament modificats usats en els laboratoris d’una forma més fàcil de la que es podia fer fins ara.

Els cientifics també esperen que Crispr es podrà usar per a fer cirurgia genòmica,  per a corregir els gens que causen malalties.  En el laboratori, no en humans encara, investigadors holandesos han mostrat que podien corregir la mutació que causa fibrosi quística.

De totes maneres cal ser prudent abans de que la nova tècnica es pugui aplicar a humans perquè, a vegades, es poden produir canvis en gens distints dels que es volien canviar i això pot tenir efectes no desitjats.

Al mateix temps sorgeixen problemes ètics. Ja s’ha experimentat en micos als quals se’ls ha modificat dos gens i, si s’utilitzés en embrions humans, això ens portaria a infants de disseny. Modificant les cèl·lules germinals humanes, els canvis genètics es podrien transmetre a futures generacions.

Ja existeixen aplicacions comercials de Crispr i recentment s’han fundat companyies de noms com Editas Medicine, Crispr Therapeutics i Caribou Biosciences.

 

En aplicacions a l’agricultura aquesta tècnica podria servir per a obtenir espècies amb noves característiques i potser ésser més acceptada que les plantes modificades genèticament actuals que,  generalment,  incorporen ADN extern.

 

El desenvolupament d’aquesta nova tècnica és un  exemple dels beneficis inesperats de la recerca bàsica que, sovint, s’obtenen al cap d’uns anys. Quan fa uns 15 anys es van seqüenciar genomes sencers de bacteris i es van veure que moltes espècies tenien aquestes seqüències repetides es van anomenar  “clustered regularly interspaced short palindromic repeats” , és a dir Crispr.

Com funciona el sistema en els bacteris

Les seqüències repetides d’ADN en el genoma bacterià estan separades l’una de l’altra per uns espais. Aquests separadors són seqüències de virus que han atacat el bacteri o els seus antecessors. Són com fotos carnet que l’indiquen al bacteri quins són els tipus dolents que cal vigilar. El sistema de defensa  Crispr tallarà l’ADN d’un virus invasor que presenti la mateixa seqüència i el virus serà destruït. Si l’atac el provoca un nou virus desconegut es crea un nou separador, la nova foto carnet, i es posa al final de la seqüència.

El Crispr és com una cinta gravadora que grava els atacs dels invasors.

 

Aquest sistema també serveix per a distingir dues soques diferents de bacteris perquè soques diferents de la mateixa espècie poden haver-se enfrontat a virus diferents i això serveix per identificar la font de brots d’infeccions alimentàries.

Companyies làcties que fabriquen yogurs o formatges com Danisco poden ara examinar les regions Crispr per veure si els seus cultius bacterians estan immunitzats contra certs virus que podrien alentir la producció.

En el passat produir múltiples canvis genètics en animals significava crear diferents animals amb un sol canvi i desprès creuar-los per  a produir descendència amb canvis múltiples. Amb Crisp això es pot fer en un sol pas.

La indústria làctia pot usar Crispr per  a protegir bacteris importants com el  Lactobacillus acidophilus, usat en la producció de yogurs, dels virus.

 

Un dels problemes de la tècnica Crispr és que no es prou específica i, a vegades, afecta a altres gens, com ja he explicat. Els investigadors estan intentant fer-la més específica.

Un altre obstacle pel tractament de malalties és com fer arribar els canvis genètics a totes les cèl·lules que els necessiten. En alguns casos pot ser possible extraure cèl·lules mare de la sang, utilitzar Crispr i posar-les altra vegada en el cos. Si això no és possible, l’ADN necessari per a fer l’enzim Cas9, el RNA guia i el pedaç corrector es poden posar en un virus desactivat que farà de transportador a les cèl·lules.

Crispr també es podria fer servir per a crear nous antibiòtics que matessin els bacteris dolents, però que no afectessin als bons.

Finalment, s’ha descobert que certs bacteris usen l’enzim Cas9 per a silenciar un dels seus popis gens, en lloc dels virus, per a evitar la seva detecció per part del sistema immunitari dels organismes que envaeixen.