background-image: url(/images/crispr/bebes-chinos.jpg) background-size: cover class: title-slide bottom center # CRISPR/Cas9: edición génica a la carta --- background-image: url(/images/crispr/secuencia-adn.jpg) background-size: cover class: title-slide middle center # Información genética de los seres vivos --- # ¿Cómo se maneja la información de los seres vivos? Los seres vivos almacenan su información hereditaria en el genoma, que está constituido por ADN. En ese ADN existen instrucciones para fabricar casi todos los componentes de un ser vivo y mantenerlo vivo. Esa información se almacena en lo que se llaman genes. Todas las proteínas del ser humano están fabricadas a partir de un gen: insulina, colágeno, hemoglobina... <figure><img src="/images/crispr/ser-humano.jpg" width="40%"></figure> --- # Hemoglobina La sangre transporta oxígeno hasta los tejidos. El oxígeno viaja en los glóbulos rojos. Los glóbulos rojos contienen una proteína llamada hemoglobina, que es la que realmente transporta el oxígeno unido. Para saber como fabricar hemoglobina en nuestro ADN hay genes con la información de la hemoglobina. <figure><img src="/images/crispr/esquema-sangre.jpg" width="60%"></figure> --- # El ADN, un lenguaje con solo cuatro letras El ADN es un lenguaje que permite guardar información. Para guardar información se utiliza la combinación de cuatro moléculas diferentes que se repiten y mezclan formando largas secuencias. Esas moléculas se denominan nucleótidos. Para facilitar su estudio cada nucleótido se representa como su letra inicial. <figure><img src="/images/crispr/nucleotidos.jpg" width="50%"></figure> --- # La importancia de la secuencia Ya sea en un código binario, en un código de barras o en el ADN, el cambio en una de las posiciones en la secuencia puede producir graves consecuencias. <figure><img src="/images/crispr/secuencia-adn.jpg" width="60%"></figure> --- # La importancia de la secuencia En humanos, hay enfermedades como la **anemia falciforme** que están causadas por un único cambio de una letra de esa secuencia. <figure><img src="/images/crispr/anemia-falciforme.jpg" width="60%"><figcaption>Glóbulos rojos en <it>media luna</it></figcaption></figure> En el caso de la anemia falciforme ese cambio hace que el oxígeno se una peor y la hemoglobina defectuosa puede llegar a cristalizar, causando la atrofia de los glóbulos rojos. --- background-image: url(/images/crispr/crispr-cas9.jpg) background-size: cover class: title-slide middle center # CRISPr/cas9 --- # Las bacterias pueden ser perjudiciales Muchas bacterias son patógenas para humanos o afectan a intereses humanos, como agricultura, ganadería, etc... <figure><img src="/images/crispr/bacterias-malas.jpg" width="60%"></figure> El uso de los antibióticos y la vacunación han sido esenciales para mantener controladas gran parte de las enfermedades bacterianas que durante muchos siglos fueron incurables. --- # Las bacterias también pueden ser beneficiosas Por otra parte, le debemos mucho a las bacterias. Muchas de las técnicas de Biología Molecular serían inviables si no hubiéramos aprendido a utilizar las bacterias en nuestro beneficio. - Enzimas de restricción - PCR - Síntesis de proteínas *in vitro* --- # Las bacterias en un mundo hostil Las bacterias no son ni buenas ni malas. Viven en un mundo hostil y tienen sus propios enemigos. Las bacterias tienen que defenderse de ataques de: - Hongos (antibióticos) - Plásmidos (ADN) - Bacteriófagos <figure><img src="/images/crispr/fago-bacteria.jpg" width="50%"></figure> --- # ¿Qué son bacteriófagos? Los bacteriófagos son virus especializados en infectar bacterias. De hecho, durante mucho tiempo en algunos países se trabajó con bacteriófagos para combatir a las enfermedades bacterianas. <figure><img src="/images/crispr/bacteriofago.png" width="40%"></figure> Con la aparición de los antibióticos el interés en los bacteriófagos disminuyó aunque se siguió recopilando información sobre los diferentes tipos de bacteriófago y sus posibles aplicaciones terapéuticas --- # ¿Qué son bacteriófagos? De hecho ha resurgido el interés en los bacteriófagos con el aumento incesante de las resistencias bacterianas a los antibióticos. Por otra parte, los bacteriófagos son inocuos para el ser humano por lo que su uso en el tratamiento de enfermedades infecciosas bacterianas podría considerarse seguro. - La FDA ha autorizado el tratamiento con fagos en ciertas carnes para acabar con *Listeria monocytogenes*, responsable de la **listeriosis**. - El CSIC está investigando el uso de bacteriófagos para sustituir a los antibióticos en el caso de infecciones en el tracto digestivo. --- # ¿Pueden las bacterias defenderse? Las bacterias han evolucionado para desarrollar sistemas que les permitan defenderse del ataque de los bacteriófagos. De hecho, aunque no cuentan con un sistema inmune como tal, desde hace ya tiempo se conoce un sistema que podría considerarse como un tipo de inmunidad adquirida. --- # ¿Pueden las bacterias defenderse? Esa inmunidad podría permitir a las bacterias degradar el material genético de los bacteriófagos que intenten atacarlas. Podría considerarse como una especie de *vacunación*, con la diferencia de que la inmunidad que se adquiere puede ser transmitida a la descendencia. Del estudio de esa inmunidad adquirida ha surgido la tecnología que se conoce como CRISPR/Cas9, que ha supuesto un cambio de paradigma en el campo de la **terapia génica**. --- # ¿Pueden las bacterias defenderse? <figure><img src="/images/crispr/crispr.png" width="90%"></figure> --- background-image: url(/images/crispr/edicion-genica.jpg) background-size: cover class: title-slide middle center # Edición genética --- # ¿Se puede arreglar una enfermedad genética? CRISPr/cas9 no es la primera técnica que se desarrolla para remediar enfermedades genéticas. Existe un amplio repertorio de técnicas que se conocen en general como **terapia génica**. Ante las posibles trabas bioéticas se acordó que las enfermedades que se podrían tratar mediante terapia génica tenían que contar con estas características: - la enfermedad fuera letal y sin tratamiento. - su causa fuera un único gen y que estuviera clonado. - la regulación del gen fuera precisa y conocida. --- # ¿Cómo se lleva a cabo? La terapia génica utiliza un tipo especial de virus como vectores que llevan la versión correcta del gen defectuoso que causa la enfermedad. Ese virus es capaz de añadir esa información al ADN de las células, permitiendo la expresión de la versión correcta de un gen. <figure><img src="/images/crispr/retrovirus.jpg" width="40%"></figure> --- # Problemas de la terapia génica En uno de los primeros ensayos de terapia génica para curar la **inmunodeficiencia combinada grave ligada al cromosoma X**, un porcentaje significativo de los pacientes desarrolló cáncer ya que el virus al añadir la información genética había interrumpido la secuencia de genes supresores tumorales. <figure><img src="/images/crispr/scid.jpg" width="60%"></figure> --- # Problemas de la terapia inmune Otro problema ha considerar es que el uso de virus, sean retrovirus o adenovirus, dispara la respuesta inmune, que puede ser muy fuerte si el mismo tratamiento se tiene que administrar varias veces. Hay que tener en cuenta que es casi imposible reemplazar todas las células defectuosas de un determinado órgano, por lo que se generan mosaicismos. <figure><img src="/images/crispr/mosaicismo.png" width="40%"></figure> Además las células de cualquier tipo tienen un periodo de vida determinado, por lo que pasado un tiempo esas células pueden morir. --- # Enfoques no víricos Se han desarrollado varias alternativas que se basan en utilizar algún tipo de partícula no inmunogénica para depositar el ADN dentro de células. Los resultados preliminares confirman que la técnica es viable pero la eficiencia es muy baja, además de que no se puede elegir que la partícula vaya solo a un determinado tejido. --- # Aire fresco para la Terapia génica La ventaja de la tecnología CRISPR/Cas9 es que aunque también utiliza virus, se puede diseñar el sistema para que reconozca fragmentos muy específicos de la secuencia que se quiere modificar, evitando una inserción incontrolada de genes. Sería algo así como una cirugía génica en la que el corte y empalme de la información genética está, teóricamente, libre al 100% de error. --- # ¿Tiene futuro CRISPR/Cas9? Se han hecho muchos ensayos de modificación genética con CRISPr que han sido exitosos. Y ya hay patentadas y en periodo de prueba alternativas que o bien tratan células extraídas al paciente y que posteriormente se reinsertan (médula ósea) o se aplican directamente en el paciente, como el ensayo clínico que intenta corregir la **amaurosis congénita de leber**. <figure><img src="/images/crispr/amaurosis.png" width="70%"><figcaption>retina normal vs retina con amaurosis</figcaption></figure> --- # Futuro de la terapia génica Como vemos, existen varios tipos de abordajes, víricos y no víricos, que todavía están en una fase inmadura. En algunos de ellos han surgido problemas graves y en otros se puede considerar que la técnica ha sido un éxito, pero siempre contando con que los ensayos se han hecho en grupos reducidos y como parte de ensayos clínicos. --- # He Jiankui Lo que nadie esperaba es que se utilizara esta tecnología con fines reproductivos. Eso fue lo que hizo He Jiankui, que en 2018 anunció que habían nacido dos gemelas libres de la infección por VIH gracias a la edición de su genoma, y ya en 2019, confirmó el nacimiento de otra niña más. Hijas de padre enfermo de SIDA y madre sana, tras una fertilización *in vitro* se manipularon los ovocitos para cambiar el gen de CCR5 por una variante modificada que confiere protección frente a la infección por VIH. <figure><img src="/images/crispr/he-jiankui.jpg" width="30%"><figcaption>El padre de las criaturas</figcaption></figure> --- # CCR5 Es un correceptor del VIH, es decir, muchos de los virus VIH necesitan contactar con CCR5 para entrar a las células que quieren infectar. Hace unos años se observó que varias prostitutas de Nairobi eran inmunes al contagio del VIH aun cuando mantenían relaciones frecuentes con varones infectados. <figure><img src="/images/crispr/ccr5.jpg" width="25%"></figure> --- # CCR5 Los estudios genéticos determinaron que en esa área era frecuente una delección de parte del gen de CCR5, que impide que el VIH pueda entrar a esas células. De echo, este hallazgo inspiró el desarrollo de una serie de fármacos que impiden la entrada del VIH bloqueando a CCR5. --- # Bebés chinas Así que la idea es buena ya que CCR5 es el producto de un único gen. Si la edición funciona conseguir la protección frente a la infección está garantizado. Además, al utilizar ovocitos en etapas tempranas se facilita que la sustitución ocurra en todas las células del organismo. Pero esa variante de CCR5 puede hacer a sus portadores más proclives a sufrir otrar enfermedades víricas, como la enfermedad del virus del Nilo Occidental. --- # Problemas éticos La fecundación *in vitro* ya permite el nacimiento de niños no enfermos en un caso como el de estas bebés. Por lo que además de tratarse de una manipulación genética de un embrión humano esta intervención no trataba de curar una enfermedad sino de obtener un humano con una capacidad adicional. Esto entre claramente dentro de lo que se considera eugenesia. --- # Problemas éticos Hay que tener en cuenta, que aunque la idea de los superhombres es asociada frecuentemente con el régimen nazi, antes de la segunda guerra mundial muchos científicos americanos y europeos han coqueteado con la eugenesia, apoyados por las grandes fortunas del momento. <figure><img src="/images/crispr/rockefeller.jpg" width="75%"></figure> --- # Problemas éticos Además, parece probado que una de las bebés es, en realidad, un mosaico. No ocurrió la edición en todas las células del embrión. Con lo cual no se conseguiría ningún beneficio con la intervención. Ese embrión no debería haber sido implantado nunca, ya que no se garantizaba la inmunidad frente al VIH. --- # Límites de la investigación La ausencia de un marco bioético mundial ha facilitado este tipo de experimentación. Por mucho que en China abora pretendan excusarse solo existe una directiva que recomienda no experimentar con embriones humanos. Más alarmante es el caso de Rusia, en el que realmente no hay ningún tipo de impedimento legal y que podría convertirse en la cuna de la eugenesia moderna. --- # Problemas éticos Y es que la bioética va muy por detrás de la investigación. Y si algo queda claro es que cuando la tecnología permite un uso indebido o inmoral siempre habrá quien lo utilice para el mal. Lo que está claro es que el caso de He Jiankiu debe abrir un debate a nivel global sobre lo que las sociedades están dispuestas a tolerar. Hay que recordar que cuando nació Louise Brown (1978) se desató también una gran polémica por lo que la aplicación de una técnica como esa suponía para el futuro de la humanidad. <figure><img src="/images/crispr/louise-brown.jpg" width="60%"></figure> --- # Futuro CRISPr/cas9, o alguna de las modificaciones de ella que surgen constantemente, seguramente tendrá aplicación en el tema de reproducción humana. Muchas *enfermedades raras*, que carecen de tratamiento, podrán evitarse gracias a la edición genética. Pero antes de que eso sea algo cotidiano es preciso abordar cuestiones tanto técnicas como éticas o morales, que permitan que su utilización sea tan satisfactoria como lo fue en su momento el desarrollo de las técnicas de fecundación *in vitro*, que han hecho posible, entre otras cosas, el nacimiento de esas bebés.