El Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) cuenta con 24 institutos o centros de investigación -propios o mixtos con otras instituciones- tres centros nacionales adscritos al organismo (IEO, INIA e IGME) y un centro de divulgación, el Museo Casa de la Ciencia de Sevilla. En este espacio divulgativo, las opiniones de los/as autores/as son de exclusiva responsabilidad suya.
Optimizando la tecnología CRISPR-Cas: la revolución en biología y biomedicina del siglo XXI
El descubrimiento y el desarrollo de los sistemas CRISPR-Cas como herramienta molecular ha supuesto una revolución en la investigación biomédica y biología. Esta tecnología no solo ha facilitado la generación de “cortes” precisos en el ADN para modificar genes con gran precisión, si no que también ha permitido llevar a cabo otras muchas aplicaciones desde el control de la expresión de los genes o la visualización de zonas concretas del genoma, todo ello de un modo sencillo y económico.
Los primeros pasos para el desarrollo de esta tecnología llegaron desde Alicante, donde Francisco Mojica descubrió la base de este sistema inmune de las bacterias que son capaces de reconocer y destruir el ADN ajeno. Años más tarde se logró implementar y establecer esta tecnología como un nuevo pilar en la investigación genética y biomédica suponiendo el premio nobel de química para Emmanuelle Charpentier y Jennifer A. Doudna en 2020. Aunque los sistemas CRISPR-Cas han sido extraordinariamente útiles, su optimización in vivo en sistemas animales ha requerido nuevas modificaciones y ajustes. Esto permite un uso más amplio y generalizado de estas tecnologías y sus aplicaciones contribuyendo, de este modo, a descifrar preguntas fundamentales en biología y biomedicina.
Entender las enfermedades humanas
En nuestro laboratorio, fundado en 2019 y ubicado en el CABD, estamos interesados en el desarrollo y optimización de diferentes sistemas CRISPR-Cas in vivo utilizando el pez cebra y otros animales como sistemas modelo. El pez cebra es un vertebrado de pequeño tamaño, fácil de mantener y con muchas similitudes con el ser humano, lo que lo convierte en un sistema animal muy adecuado para modelar enfermedades humanas lo que nos permite un mejor entendimiento de éstas y sentar las bases para posibles curas y tratamientos farmacológicos. Asimismo, sus embriones se desarrollan en el exterior de la madre y son transparentes lo que nos permite seguir la formación de sus órganos y estructuras de una forma no invasiva y sencilla. De hecho, estamos trabajando en distintas líneas de investigación colaborando con diferentes laboratorios para modelar diferentes enfermedades humanas y trastornos del desarrollo en el pez cebra, como por ejemplo la degeneración de la retina y enfermedades mitocondriales.
El pez cebra, además de ser un modelo muy adecuado para estudiar enfermedades humanas es también un sistema muy conveniente para entender cuestiones primordiales en biología básica. De hecho, más allá de optimizar y usar nuevas herramientas basadas en la tecnología CRISPR-Cas también utilizamos aproximaciones en biología molecular y computacional, así como genómica funcional que adaptadas al pez cebra nos permiten entender mejor diversos procesos biológicos como por ejemplo el desarrollo temprano de vertebrados. En particular, estamos interesados en un proceso que se denomina la transición materno-cigótica (TMC) y que controla el comienzo de toda nueva vida animal una vez un oocito u óvulo es fecundado por un espermatozoide. Este evento engloba el inicio de la embriogénesis donde en un principio se depende de lo que aporta la madre en el oocito para después dar un paso adelante donde el embrión toma el control de su propio desarrollo, como una metáfora de la vida misma. De este modo, durante la TMC, la contribución materna (ARN y proteínas fundamentalmente) es responsable de la activación de la expresión génica que esta silenciada inicialmente en el nuevo embrión. Una vez comienza el genoma del embrión a expresarse, la contribución materna, que en este momento ya no es necesaria, se elimina de una forma controlada, permitiendo que el embrión se independice de las instrucciones de la madre dirigiendo así su propio desarrollo. Pese a los recientes avances en este campo de la embriogénesis, la TMC es un proceso complejo de reprogramación celular in vivo que no se conoce completamente.
Nuestras ultimas contribuciones científicas optimizando y usando la tecnología CRISPR-Cas han estado encaminadas no solo a tratar de entender mejor la TMC si no también a ayudar a desarrollar el pez cebra como modelo animal para enfermedades humanas. Por un lado, hemos optimizado, en colaboración con el laboratorio del Ariel Bazzini (Instituto Stowers, Kansas, Missouri, EEUU) un sistema CRISPR-Cas capaz de eliminar el ARN de la contribución materna en embriones de distintos animales vertebrados de un modo eficiente y específico. Con esta herramienta podemos ahora dilucidar el papel de estos factores depositados en el oocito como ARN durante el desarrollo temprano embrionario lo que contribuirá a diseccionar mejor este complejo puzle del inicio de la vida con aplicaciones últimas en fertilidad o medicina regenerativa.
Modificar el genoma animal
Por otro lado, y en colaboración con el laboratorio de Julián Cerón (IDIBELL, L'Hospitalet de Llobregat, Barcelona) hemos recientemente implementado en modelos animales de vertebrados e invertebrados unos nuevos sistemas CRISPR-Cas con una versatilidad mayor que otros descritos hasta ahora. Esto nos permite establecer los primeros pasos para prácticamente ser capaces de modificar el genoma animal con una resolución sin precedentes hasta ahora. Este trabajo sienta los cimientos para el desarrollo de modelos animales de enfermedades humanas de un modo más preciso y certero.
En resumen, mediante la optimización de tecnología CRISPR-Cas de ultima generación en sistemas animales, estamos contribuyendo a la generación de nuevas herramientas en biotecnología para aplicaciones in vivo, así como al descubrimiento de nuevos factores de interés en biología del desarrollo, reprogramación celular y en biomedicina.
El descubrimiento y el desarrollo de los sistemas CRISPR-Cas como herramienta molecular ha supuesto una revolución en la investigación biomédica y biología. Esta tecnología no solo ha facilitado la generación de “cortes” precisos en el ADN para modificar genes con gran precisión, si no que también ha permitido llevar a cabo otras muchas aplicaciones desde el control de la expresión de los genes o la visualización de zonas concretas del genoma, todo ello de un modo sencillo y económico.
Los primeros pasos para el desarrollo de esta tecnología llegaron desde Alicante, donde Francisco Mojica descubrió la base de este sistema inmune de las bacterias que son capaces de reconocer y destruir el ADN ajeno. Años más tarde se logró implementar y establecer esta tecnología como un nuevo pilar en la investigación genética y biomédica suponiendo el premio nobel de química para Emmanuelle Charpentier y Jennifer A. Doudna en 2020. Aunque los sistemas CRISPR-Cas han sido extraordinariamente útiles, su optimización in vivo en sistemas animales ha requerido nuevas modificaciones y ajustes. Esto permite un uso más amplio y generalizado de estas tecnologías y sus aplicaciones contribuyendo, de este modo, a descifrar preguntas fundamentales en biología y biomedicina.