Las herramientas CRISPR de edición genética han cambiado para siempre nuestra manera de hacer experimentos en biología, biomedicina y biotecnología. Derivan de un sistema de defensa que usan las bacterias para defenderse de los virus que las acechan, estrategia que descubrió el microbiólogo español de la Universidad de Alicante Francis Mojica en 2003. Diez años más tarde se demostró que eran útiles para editar cualquier gen de cualquier organismo y empezaron a surgir aplicaciones por doquier. La inactivación específica de genes, la corrección de mutaciones o la sustitución de genes ya podía realizarse gracias a la capacidad que tienen las herramientas CRISPR de cortar específicamente el ADN, en el gen que queremos modificar. De ahí que frecuentemente se las presente como unas tijeras genéticas. Tijeras programables, que podemos dirigir a voluntad al gen por editar gracias a la combinación de unas proteínas, que llamamos Cas, con unas guías de ARN que le dicen a la proteína Cas dónde tiene que cortar, aprovechando la complementariedad de sus secuencias con el ADN que debe modificarse.
La versatilidad de las CRISPR no tiene parangón. Y su campo de acción es virtualmente infinito, como herramientas que interactúan con el material genético de cualquier ser vivo… o de cualquier virus. A principios de marzo conocíamos una propuesta de Feng Zhang, del Instituto BROAD-MI, para usar una variante CRISPR, denominada Cas13a, como sistema para diagnosticar la presencia del coronavirus SARS-CoV-2, causante de la pandemia COVID-19. A esa estrategia, que bautizaron con el acrónimo de SHERLOCK, le siguieron otras basadas en nuevas variantes CRISPR, como por ejemplo Cas12a, con nombres igual de sugerentes: DETECTR, CARMEN, CONAN… demostrando que las CRISPR también servían para diagnosticar la COVID-19.
Cortar el ARN, material genético de virus
¿Podríamos usar las CRISPR también para atacar al coronavirus? Esta fue una pregunta que nos hicimos un grupo de investigadores, que nunca habíamos trabajado juntos, pero que intentábamos, como muchos otros colegas de esta profesión, aprovechar lo que sabíamos cada uno de nosotros para proponer nuevas ideas que pudieran solventar o paliar la mayor crisis sanitaria a la que se ha enfrentado la humanidad en más de cien años, desde la pandemia provocada por un virus de la gripe en 1918.
La mayoría de las bacterias tienen sistemas CRISPR propios. Algunos son muy distintos, con propiedades singulares. En 2018 se describió una variante CRISPR capaz de cortar, específicamente, moléculas de ARN, a diferencia de la mayoría de la herramientas CRISPR conocidas, que cortan ADN. El ARN es un material genético intermediario, que la mayor parte de seres vivos usamos para trasladar la información contenida en el ADN, en los genes, y convertirla en proteínas, que son finalmente las que son usadas por las células para realizar múltiples funciones. En general decimos que el ADN se transcribe en ARN y este se traduce en proteínas. Sin embargo, hay virus que se saltan el primer paso, y solo utilizan ARN como material genético, como, por ejemplo, el virus de la gripe. Y como todos los coronavirus, como el SARS-CoV-2 que nos tiene preocupados actualmente.
Si existe una variante CRISPR, llamada Cas13d, capaz de cortar moléculas de ARN, y si el material genético del coronavirus causante de la COVID-19 también es ARN, entonces el proyecto científico estaba ya enunciado, y nos pusimos manos a la obra. Vamos a intentar llevar esta nueva herramienta CRISPR a las células que están infectadas por el coronavirus para que corte su genoma, inactivando así la replicación del virus. Es una estrategia directa, dirigida a atacar el corazón del SARS-CoV-2, su material genético.
Nuestro proyecto científico está financiado por la Plataforma de Salud Global del CSIC, iniciativa que ha recabado más de 12 millones de euros de empresas, instituciones y ciudadanos particulares, en un extraordinario ejercicio de mecenazgo privado que no era habitual en nuestro país y que todos esperamos que no sea coyuntural y se convierta en una actividad habitual para financiar la ciencia, fiscalmente recompensada para los donantes. Estos fondos han servido para financiar alrededor de 50 proyectos de investigación sobre la COVID-19. Nuestro proyecto es multidisciplinar y combina la experiencia de varios investigadores. Del Centro Nacional de Biotecnología (CNB) participamos Dolores Rodríguez, reconocida experta viróloga, y yo mismo, aportando nuestra experiencia en herramientas CRISPR. Adscrita a mi laboratorio, pero perteneciente al Centro de Investigación Biomédica en Red en Enfermedades Raras (CIBERER), del Instituto de Salud Carlos III, participa Almudena Fernández, experta también en CRISPR. Y, finalmente, también participa el laboratorio de Miguel Ángel Moreno Mateos, del Centro Andaluz de Biología del Desarrollo, de la Universidad Pablo de Olavide y el CSIC, en Sevilla, experto en estas nuevas variantes CRISPR como son las Cas12 y Cas13.
Localizar y destruir
Nuestro proyecto plantea diseñar unas herramientas CRISPR Cas13d que, gracias a unas guías ARN específicas, localicen y destruyan el material genético ARN del coronavirus SARS-CoV-2. La no toxicidad y funcionalidad de los reactivos CRISPR que se utilizan los validaremos en embriones de pez cebra en el CABD en Sevilla. Posteriormente iniciaremos una serie de experimentos en células en cultivo en el CNB usando, para empezar, otros virus que también usan ARN como material genético, pero que son mucho menos peligrosos que el SARS-CoV-2. Finalmente, si todos los experimentos anteriores han dado los resultados esperados, aplicaremos todo lo aprendido para atacar directamente al coronavirus SARS-CoV-2 en células en cultivo, usando el laboratorio de bioseguridad de nivel 3 que se requiere, y que tenemos en el CNB. Si somos capaces de demostrar que esta estrategia es válida en cultivos celulares, y logramos que el coronavirus desaparezca o disminuya su presencia de forma significativa, entonces nos plantearíamos los siguientes pasos, en ensayos preclínicos, usando modelos animales, y, finalmente podríamos evaluar esta estrategia en ensayos clínicos, con personas. Para afrontar los retos de estas últimas fases hemos ampliado el consorcio con investigadores como Pablo del Pino (Universidad de Santiago de Compostela), experto en nanotecnología, y Manuel Collado (Servicio Gallego de Salud), experto biólogo celular, con quienes hemos solicitado nuevos proyectos que esperamos sean también financiados.
Resulta extraño estar escribiendo un artículo sobre un proyecto científico que estamos desarrollando en estos momentos, cuando lo habitual es comentarlo al final, una vez obtenidos y publicados los resultados. Sin embargo, la pandemia COVID-19 lo ha cambiado todo y, en un ejercicio de transparencia excepcional, los investigadores estamos retransmitiendo en directo nuestros proyectos como si de partidos de fútbol se tratara. Y esto también tiene su parte positiva, su componente educativo para la sociedad, que constata que los experimentos científicos no siempre son exitosos. Frecuentemente fallan, obligando a los científicos a buscar caminos alternativos. Y esto es absolutamente normal. Así es como avanza la ciencia. Es, en definitiva, lo que llamamos el método científico, que ahora ocupa las primeras páginas de los medios de comunicación.