E.3 TÉCNICAS DE INGENIERÍA GENÉTICA Y SUS APLICACIONES (V): CRISPR/CAS

 La tecnología CRISPR/CAS, basada en las secuencias  CRISPR, clustered regularly interspaced short palindromic repeats (secuencias de ADN bacteriano o arqueano cortas, repetidas, palindrómicas, agrupadas y regularmenete interespaciadas),  es una novedosa herramienta molecular utilizada para

editar o corregir el genoma de cualquier célula, gracias a unas tijeras moleculares que cortan el ADN de una manera precisa y controlada. Es decir, con el sistema CRISPR puedes elegir la localización exacta donde cortar un segmento del genoma y, p.ej. insertar otro segmento en su lugar, es una especie de “corta y pega” molecular. 

Se trata de una tecnología barata y sencilla de usar, actualmente disponible en prácticamente todos los laboratorios de genética mundiales. Se basa en un sistema que poseen muchas bacterias (p.ej. CRISPR/cas9) y la mayoría de arqueas para defenderse del ADN de fagos (detectan secuencias ajenas de estos virus y las cortan para inactivarlas) y en cuyo descubrimiento ha contribuido el investigador español Francisco Mojica. 

Este biólogo estaba estudiando las arqueas halófilas de la laguna hipersalina de Santa Pola (Alicante):

El investigador Francisco Mojica observó en los años 90 en arqueas unas secuencias repetidas (CRISPR), pero lo clave fue esto:

1. Entre las repeticiones había fragmentos únicos (espaciadores).

2. Al compararlos con bases de datos, vio que coincidían con ADN de virus que infectan a esos microorganismos.

3. Propuso (2005) que:

   • La célula “guarda” fragmentos de virus previos.

   • Los usa como memoria inmunológica para defenderse en infecciones futuras.

👉 Es decir, dedujo que CRISPR funciona como un sistema inmunitario adaptativo en procariotas (algo revolucionario en su momento).

Las dos científicas que aplicaron el descubrimiento de Mojica a la edición génica, Doudna y Charpentier, recibieron el Nobel de Química en 2020. Realmente, es la proteína cas9 (u otra de la familia cas, la que corta el ADN en lugares específicos, permitiendo modificar 1pb).

Cas9 (CRISPR associated protein 9) es una endonucleasa de ADN dirigida por un ARN guía, complementario del ADN de origen vírico espaciador integrado en el cromosoma procariótico y del genoma vírico que ha entrado y que podría acabar con la célula procariótica si ésta no tuviera CRISPR/cas9. 

PREGUNTAS TIPO PAU:

El sistema CRISPR-Cas9 es una herramienta derivada del sistema inmunitario de bacterias y arqueas. En él, una nucleasa como Cas9 endonuclease es guiada por un ARN que le permite reconocer y cortar secuencias específicas de ADN.

Responda a las siguientes cuestiones:

a) (0,5 puntos)

Explique el origen de las secuencias CRISPR en el genoma procariota y su función biológica.

b) (0,5 puntos)

¿Qué es el ARN guía y por qué es esencial para la especificidad del sistema?

c) (0,5 puntos)

Indique qué ocurriría si se introduce una mutación en la secuencia diana del ADN que impida el apareamiento con el ARN guía.

d) (0,5 puntos)

Explique brevemente una aplicación de CRISPR-Cas9 en biotecnología o medicina, indicando un beneficio y un riesgo potencial.

ORIENTACIÓN DE RESPUESTA 

a) Fragmentos de ADN vírico integrados como espaciadores → memoria inmunológica → reconocimiento de infecciones futuras.

b) ARN complementario a la secuencia diana → dirige a Cas9 por apareamiento de bases → confiere especificidad.

c) No hay reconocimiento → Cas9 no corta → pérdida de eficacia del sistema.

d) Ejemplos: edición génica, terapia génica somática, mejora de cultivos, modelos animales usados en el laboratorio, etc.

Concretamente, en la terapia génica somática en células hematopoyéticas:

• Beneficio: curación de enfermedades genéticas (anemia falciforme, beta-talasemia: ambas por mutaciones en la Hb de los eritrocitos).

• Riesgo: edición fuera del objetivo (off-target) → mutaciones no deseadas.