CRISPR/Cas9 es una tecnología de edición genómica que se lleva desarrollando desde 2012, permitiendo modificar en vivo el ADN de cualquier ser humano y editar un gen determinado. De esta manera, es posible inactivar un gen concreto o bien eliminar la secuencia portadora de la mutación y sustituirla por un fragmento de ADN con secuencia correcta. Actualmente se utiliza en células y modelos animales en laboratorios de investigación con el fin de comprender enfermedades y determinar si es viable utilizarlo en seres humanos. Sin embargo, el uso futuro de esta técnica está generando controversia por sus aspectos morales y éticos.
Desde el descubrimiento de la doble hélice del ADN por James Watson y Francis Crick en 1953, los investigadores han contemplado la posibilidad de realizar modificaciones específicas en esta molécula. Así es como se ha ido desarrollando la ingeniería genética, que permite manipular los genes de un organismo con el fin de modificarlos, silenciarlos, duplicarlos o transferirlos de unos a otros, y obtener así organismos genéticamente modificados (OGM).
En 2012, las bioquímicas Emmanuelle Charpentier y Jennifer A. Doudna publicaron en Science un trabajo que mostraba como Cas9 podía utilizarse a modo de herramienta de ingeniería genética. Años más tarde, en el 2020, recibieron el premio Nobel de Medicina por desarrollar el método de edición genética CRISPR/Cas9.
Esta tecnología se basa en el descubrimiento del sistema inmunitario CRISPR de las bacterias y arqueas ante los virus, realizado por el microbiólogo Francisco M. Mojica, que fue galardonado con el Premio de Medicina Albany en 2017.
CRISPR hace referencia a las siglas en inglés de “Repeticiones Palindrómicas Cortas Agrupadas Regularmente Interespaciadas”. Es un sistema inmunitario o de defensa que permite a las bacterias detectar ADN viral y destruirlo. Para ello, estas bacterias cuentan con una proteína llamada Cas9 que, junto con un ARN guía (gARN), permite identificar, cortar y destruir la secuencia del ADN vírico.
Cuando un virus bacteriófago o plásmido ataca a una bacteria, ésta se queda con un segmento de ese ADN vírico, llamado espaciador. La secuencias palindrómicas son patrones de ADN que se repiten, y están intercaladas con esas pequeñas secuencias espaciadoras. Las bacterias, como tienen ADN de virus que le han infectado en el pasado, actúan como vacunas.
Tomado de DCiencia, por Alberto Morán. (s.f.)
El funcionamiento de esta técnica de edición genómica se basa en la detección de una mutación en la doble hélice de ADN. El proceso comienza en el laboratorio, donde se prepara una mezcla con dos componentes, que más adelante se incubará e inyectará en las células:
Por un lado, un ARN guía con secuencia complementaria a la secuencia mutada de ADN (que queremos modificar), es una molécula capaz de identificar la secuencia de ADN que contiene la mutación normalmente provocada por virus bacteriófagos. Por otro lado, la proteína Cas9 o también conocida como “tijeras moleculares”, que es una enzima nucleasa que corta el ADN. Para ello, necesita identificar la secuencia específica que contiene la mutación, y lo hace mediante una señal química llamada motivo adyacente del protoespaciador (PAM).
Así, la Cas9 abre la doble hélice y corta ambas hebras del ADN, produciendo una ruptura de la doble hélice y eliminando la secuencia mutada. Seguido, la célula activa sus mecanismos de defensa para reparalo. En este momento, los científicos tienen dos opciones:
- Realizar una reparación imperfecta: es el intento de la célula de reparar la rotura por sí misma, lo que inactiva el gen mutado.
- Edición precisa: consiste en introducir “una plantilla de ADN” externa. Así, el gen defectuoso puede ser corregido o reemplazado por un nuevo gen.
La tecnología CRISPR-Cas9 presenta muchas ventajas, entre ellas destaca sus múltiples aplicaciones:
Por un lado, se utiliza en laboratorios de investigación para determinar si es una técnica efectiva en humanos (ya que ha tenido éxito en muchas especies como ratón, rata, plantas…), y para comprender una gran variedad de tratamientos y prevención de enfermedades, incluyendo trastornos de un solo gen como fibrosis quística, hemofilia y enfermedad de células falciformes, y enfermedades más complejas como cáncer, enfermedades cardíacas, enfermedades mentales e infección de virus de inmunodeficiencia humana (VIH). Asimismo, se ha demostrado que también es capaz de inactivar un oncogen causante de tumores y en la genética dirigida para reducir la capacidad reproductiva de ciertos organismos.
Además, CRISPR-Cas9 ha sido útil en diferentes ámbitos como en la producción de biodiésel y en la modificación de la producción agropecuaria; por ejemplo para crear cultivos que resistan a la sequía sin tener que usar pesticidas químicos.
Sin embargo, uno de los principales inconvenientes de la edición genómica con CRISPR-Cas9 es que corta las dos cadenas de ADN a la vez, lo que puede generar mutaciones. Es por esto que, se han desarrollado otras técnicas complementarias para crear una realmente efectiva. Destaca el investigador David Liu quien ha descubierto un nuevo sistema de edición que genera menos mutaciones no deseadas, denominado edición de calidad (prime editing). Para ello, se vale de una proteína Cas9 modificada, que corta solo una de las cadenas de ADN, y una retrotranscriptasa que utiliza una guía de ARN como molde para sintetizar el fragmento de ADN con la secuencia correcta que elimina la mutación.
En la actualidad, CRISPR/Cas9 es un sistema de edición genética que genera controversia en la sociedad. En principio, si esta técnica de edición genética se utiliza solo para modificar, inhibir o inactivar genes, está socialmente aceptado como revolución científica. Sin embargo, cuando se habla de la posibilidad de utilizar CRISPR/Cas9 para modificar embriones humanos, se plantean problemas éticos; el diseño de hijos o animales seleccionados con carácteres a la carta, consistiría en introducir nuevos genes de otro organismo, formando organismos transgénicos.
CRISPR/Cas9 ha revolucionado el campo de la genética y la medicina por sus múltiples beneficios. Los científicos trabajan para reflejar de manera segura el potencial de esta técnica de edición genética, y así poder dar nuevas esperanzas a personas de todo el mundo. El desarrollo paralelo y complementario de técnicas con menor número de mutaciones será el futuro de la ingeniería genética.
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