La búsqueda de la kryptonita que pueda detener a CRISPR

Ilustración conceptual de piedra, papel, tijera y ADN, CRISPR y Anti-crispr Sra. Tecnología; adn de papel por: Jorge C. Lucero | Flickr; piedra y tijera: pixabay

En septiembre de 2016, Jennifer Doudna llamó a su oficina a un nuevo colega llamado Kyle Watters. Para entonces, el bioquímico de la Universidad de California, Berkeley, era famoso como el coinventor de CRISPR. La invención de la herramienta rápida y versátil para editar genes la había catapultado a una notoriedad mundial ya una riqueza considerable. Fue la fundadora de varias empresas emergentes y había recaudado millones en premios de ciencia.

Sin embargo, siniestramente, como Doudna ha contado , la perseguía un sueño en el que aparecía Adolf Hitler, sosteniendo un bolígrafo y un papel, solicitando una copia de la receta CRISPR. ¿Qué horrible propósito podría tener Hitler? Doudna, en sus relatos de su sueño, no dijo nada.

Ahora, la pregunta de Doudna era: ¿a Watters le gustaría trabajar en una forma de detenerlo? Deja de CRISPR.

CRISPR se encuentra dentro de las bacterias. Es una defensa de mil millones de años contra los virus merodeadores que detecta su ADN y utiliza una proteína similar a una tijera para cortarlo. Doudna desempeñó un papel clave en la transformación del hallazgo en una revolucionaria herramienta de edición de genes que ha sido adoptada en todo el mundo, impulsando una ola de nueva investigación y posibles curas.

Pero si los científicos aprenden a colocar editores de genes dentro de los cuerpos de las personas, ¿qué impedirá que un loco, un terrorista o un estado emplee CRISPR para causar daño? La gente imagina ataques personalizados que golpearían solo a ciertos grupos étnicos o súper soldados editados para no sentir dolor. Doudna estaba muy familiarizada con el dilema. en su libro Una grieta en la creación , escribió que temía que la edición de genes llamara la atención del mundo, como lo hizo la energía atómica, en un hongo atómico. ¿Podríamos yo y otros científicos preocupados salvar a CRISPR de sí mismo... antes de que ocurriera un cataclismo?

Ahora ella tendría una oportunidad. A principios de 2016, las agencias de inteligencia estadounidenses habían designado la edición de genes como un arma potencial de destrucción masiva. Ese septiembre, la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa (DARPA) intervino, haciendo un llamado a nuevas formas de controlar o revertir los efectos de la tecnología de edición de genes. El programa, llamado Genes seguros , terminaría con un presupuesto de más de $ 65 millones, lo que la convierte en una de las mayores fuentes de efectivo para la investigación CRISPR, además de las nuevas empresas de biotecnología que desarrollan nuevos tratamientos genéticos.

Un problema, como lo vio DARPA, fue la falta de una contramedida fácil de usar, un botón de deshacer o un antídoto para CRISPR. Y cuanto más poderosa se vuelve la edición de genes, más podríamos necesitarla, en caso de un accidente de laboratorio, o algo peor. Como lo expresó UC Berkeley en un 2017 presione soltar después de que Doudna, con la ayuda de Watters, reclamara parte del gran contrato de DARPA, la universidad tenía la intención de construir herramientas para contrarrestar las amenazas de bioterrorismo, incluidas las armas que empleaban CRISPR.

¿Armas CRISPR? Dejaremos a su imaginación exactamente cómo podría verse uno. Sin embargo, lo que es seguro decir es que DARPA le ha pedido a Doudna y a otros que comiencen a buscar tratamientos profilácticos o incluso píldoras que podría tomar para detener la edición de genes, de la misma manera que puede tragar antibióticos si ha recibido una carta de ántrax en el correo. Los científicos del proyecto de Doudna dicen que están listos para comenzar las pruebas iniciales en ratones para ver si los roedores pueden volverse inmunes a los editores CRISPR.

¿Podemos apagar CRISPR? pregunta Joseph S. Schoeniger, quien dirige un brazo del esfuerzo de defensa en los Laboratorios Nacionales Sandia, en Livermore, California. Eso es lo que estamos viendo. El concepto básico es que esta tecnología está llegando, [entonces] ¿no sería bueno tener un interruptor de 'apagado'.

Jennifer Doudna Alexander Heinl/picture-alliance/dpa/AP Images

anti-CRISPR

Cuando Doudna redactó su propuesta para DARPA, otros científicos ya tenían una gran pista sobre cómo detener CRISPR. En la antigua lucha entre las bacterias y los virus llamados fagos que las infectan, los fagos desarrollaron sus propios antídotos contra CRISPR. De hecho, se ha descubierto que sus genomas albergan la capacidad de producir lo que es esencialmente kryptonita CRISPR: pequeñas proteínas exquisitamente ajustadas por la evolución para desactivar la herramienta de edición de genes. Los científicos llaman a estas moléculas anti-CRISPR.

Los primeros anti-CRISPR fueron descubiertos en 2013 por un estudiante de la Universidad de Toronto llamado Joseph Bondy-Denomy. Fue serendipia. Nos topamos con el hecho de que algunos fagos parecían ser resistentes a CRISPR. Cuando pusimos el fago en una célula, la bacteria no pudo protegerse, dice Bondy-Denomy, ahora profesora en la Universidad de California, San Francisco. Rápidamente se concentró en uno de los 50 o más genes del virus como la razón. Pensamos, wow, tal vez esto esté desactivando CRISPR.

La cantidad de laboratorios que estudian tales defensas es menor que la cantidad que trabaja con CRISPR. Pero anti-CRISPR se está convirtiendo en un campo en auge por derecho propio. Ya se han encontrado más de 40 proteínas anti-CRISPR, muchas en el laboratorio de Doudna. Otros equipos están teniendo un éxito temprano en la localización de productos químicos convencionales que también pueden inhibir CRISPR. Hoy, Amit Choudhary de la Facultad de Medicina de Harvard, en Boston, también con fondos de DARPA, reportado había encontrado dos medicamentos que evitan la edición de genes cuando se mezclan con células humanas. El sello distintivo de cualquier tecnología poderosa es el control, dice Choudhary. Es así de simple.

Investigadores como Bondy-Denomy creen que los anti-CRISPR podrían tener un papel en la mejora de futuros tratamientos de edición de genes, al brindarles a los investigadores un control más preciso. Por ejemplo, un equipo en Alemania mostró recientemente si combinado CRISPR y anti-CRISPR , podrían crear un editor que cambiaría el ADN solo en las células del hígado, no en las neuronas ni en los músculos.

Otra aplicación que se está estudiando es si anti-CRISPR podría crear una protección contra los impulsores genéticos. La Fundación Bill y Melinda Gates está respaldando el desarrollo de una herramienta CRISPR que se propagará a través de los mosquitos salvajes, causando que sus poblaciones se desplomen, con la idea de prevenir la malaria. Otros quieren desarrollar tales impulsores genéticos en ratones, para poder erradicar los roedores de las islas sin usar veneno.

Pero, ¿y si estos experimentos se vuelven locos y conducen a una extinción? Los investigadores creen que pueden crear organismos con anti-CRISPR programados en sus genomas para que sean inmunes. En una prueba inicial de principio, científicos en Kansas el año pasado diseñó células de levadura con anti-CRISPR para resistir un impulso genético. Si algún laboratorio de Corea del Norte te presenta un impulso genético para acabar con un cultivo económicamente importante, podrías tener un cultivo transgénico que [sea resistente]. Ese es el escenario del tablero de dibujo, dice Erik Sontheimer de la Facultad de Medicina de la Universidad de Massachusetts.

Una biosorpresa

La llegada de la herramienta CRISPR a partir de mediados de 2012 sorprendió a los científicos. Esencialmente de la noche a la mañana, las formas torpes de ingeniería genética fueron reemplazadas por un medio barato, versátil y programable de cambiar el ADN dentro de cualquier ser vivo. Los meteorólogos cuyo trabajo era anticipar nuevos peligros se perdieron totalmente de CRISPR, dice Renée Wegrzyn , el científico de biodefensa que dirige el programa de DARPA. La humillante incapacidad de ver el futuro se transformó rápidamente en un problema crítico y urgente para la seguridad nacional.

Eso se debe a que investigadores, médicos y empresas emergentes respaldadas por capitalistas de riesgo comenzaron una carrera para aprender a implementar CRISPR dentro de plantas, animales y humanos, utilizando virus, inyecciones, nanopartículas o descargas eléctricas. Y cuanto mejor lo hicieran, más realista podría volverse algún tipo de nueva amenaza biológica.

Para 2015, Doudna también había comenzado a cuestionar cómo se usaba CRISPR en entornos de investigación de laboratorio más rutinarios. Algunos de los experimentos parecían peligrosos: ¿y si un estudiante de posgrado resultaba herido? Estamos impulsando estas tecnologías al mundo y no las estamos acompañando con las medidas de seguridad que deberían existir, dijo Wegrzyn en una reunión de la Fundación Long Now , en 2017, en San Francisco. Realmente comencé a sentir este sentido de urgencia de que alguien necesitaba hacer algo al respecto.

En su charla, Wegrzyn dijo que el peligro de CRISPR era obvio por cómo los científicos ya estaban usando la edición de genes para enfermar a los ratones cortando genes importantes. No creo que sea necesario ser un experto en bioseguridad para reconocer que existe la necesidad de un escrutinio cuando se observa una herramienta que puede curar y causar enfermedades, dijo en la reunión de California. Si necesitamos cerrar un editor de genes de inmediato, simplemente no sabemos cómo hacerlo.

Todavía no hay acuerdo sobre cuán peligroso podría ser CRISPR en las manos equivocadas. Los ejercicios del equipo rojo patrocinados por la Agencia Central de Inteligencia durante el verano de 2016, en los que se pidió a un grupo de analistas llamado Jasons que idearan sus peores ideas, no resolvieron la cuestión. Más tarde, las Academias Nacionales de Ciencias, Ingeniería y Medicina, a pedido del Departamento de Defensa, elaboraron un ranking completo de posibles amenazas de la biología sintética, colocando las armas CRISPR en el medio del grupo. El ejército dijo que no vio peligro inminente para los soldados.

Doudna está de acuerdo en que los peligros de CRISPR no deben exagerarse. Recibo mucho estas preguntas sobre los sistemas CRISPR y sus usos nefastos, y mi sensación es que no estoy más o menos preocupado por CRISPR que por otras cosas. Alguien podría sintetizar el virus de la viruela, dice ella. Del mismo modo, si bien su investigación puede conducir a un eventual antídoto de edición de genes, el trabajo de su laboratorio con anti-CRISPR aborda principalmente cuestiones biológicas fundamentales. Todavía estoy en el primer paso, dice ella. ¿Cómo funcionan estos?

Sin embargo, a otros les preocupa que los riesgos ya sean evidentes y que los antídotos no lleguen lo suficientemente pronto. Por ejemplo, algunos científicos han tratado de evitar la discusión pública de estudios específicos de CRISPR, o incluso eliminar la mención de ellos de Internet, presumiblemente para dar a los científicos más tiempo para desarrollar contramedidas. La actitud general que prevalece es no darle a la gente combustible para las pesadillas mientras buscamos activamente respuestas. Siempre existe la preocupación de un pánico temprano, dice Watters, excolaborador de Doudna, quien en 2018 escribió una reseña de Implicaciones de la edición de genes para la bioseguridad .

Un video que muestra la edición de ADN con CRISPR en tiempo real Osamu Nureki, Nature Communications

Defensa CRISPR

Este año, como parte del proyecto DARPA de Doudna, los equipos de científicos planean comenzar sus primeros experimentos, en ratones, para determinar si es posible protegerlos de CRISPR. Un laboratorio involucrado en el trabajo es el Laboratorio Nacional Sandia, que empleará ratones preparados para la edición porque están diseñados para nacer con las tijeras moleculares de CRISPR, una proteína llamada Cas9, en cada célula.

Schoeniger, quien lidera el esfuerzo de Sandia, dice que pronto su laboratorio instruirá a los ratones para que se editen a sí mismos, pero también les dará una inyección de moléculas anti-CRISPR para ver si el proceso está bloqueado. Anti-CRISPR funciona bien en la naturaleza y estamos tratando de ver si funciona bien en animales, dice.

Schoeniger cree que existe un riesgo significativo de exposición accidental a los agentes CRISPR. A medida que una gran industria avanza en torno a la herramienta de edición, CRISPR se está formulando en terapias genéticas, inyecciones, ungüentos y alimentos, lo que aumenta la posibilidad de un accidente de laboratorio. Incluso un programa secreto de armas biológicas tiene más probabilidades de liberar un germen de diseño por accidente que de lanzar un ataque. A medida que las personas usan esto en cantidades cada vez mayores, existe una mayor posibilidad de que las personas entren en contacto, sean apuñaladas o rociadas, dice. Y si me rocían un mutágeno en los ojos, sería bueno detenerlo.

Trabajar en un antídoto también podría ser útil al igual que las relaciones públicas. Podría, como mínimo, reducir la accesibilidad mental a una personalidad maligna, dice Schoeniger. Si puedes apagarlo, tal vez no se molesten. Desde un punto de vista psicológico, es bueno tener un botón de 'apagado'. Es bueno para posicionar esa tecnología en la sociedad.

Schoeniger no se hace la ilusión de que un antídoto contra CRISPR hará que las amenazas desaparezcan. De hecho, el problema de la seguridad está creciendo, a medida que los laboratorios mejoran la herramienta e inventan otras relacionadas, cada una con diferentes implicaciones para los biodefensores. Los científicos pueden sentirse desconcertados por la tremenda velocidad a la que se está acelerando la edición de genes, y la biología sintética en general, y por la forma en que la información se difunde en línea.

Observamos el frente de riesgo general de la tecnología, cómo sigue evolucionando y cuán difícil [es] mantenerse al tanto, y qué tan rápido las personas descartan escenarios, y es difícil abordar racionalmente ese riesgo, dice Schoeniger. . Mientras tanto, dice, aprender a bloquear CRISPR, en su forma clásica y más simple, parece un buen lugar para comenzar. Parece obvio que nos gustaría modular la tecnología, así que hagámoslo mientras tratamos de resolver las prioridades, dice Schoeniger. Hasta cierto punto, es un desastre; la nueva tecnología está explotando tan rápido.

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