¿Qué es CRISPR / Cas9? ¿Qué puede hacer?

Queremos programar las interacciones ADN-proteína

Desde los inicios de la biología molecular, hemos estado buscando maneras de localizar proteínas a cualquier secuencia de ADN específica y arbitraria dentro de una célula.

Queremos hacer esto porque las proteínas generalmente hacen todo el ‘trabajo pesado’ en biología molecular, y una vez que se obtiene una proteína para adherirse a un fragmento de ADN, esa proteína puede hacer lo suyo, ya sea cortando el ADN (nucleasas) , insertando / reemplazando ADN (recombinasas), mutando el ADN (deaminasas), deteniendo la expresión génica (dominios represores), iniciando la expresión génica (dominios de activación), etc.

Una de las aplicaciones más interesantes de esto es modificar el genoma de una célula: si puede cortar específicamente en un determinado sitio en el genoma, es posible utilizar una variedad de métodos para cambiar la secuencia de ADN en esa ubicación.

Por ejemplo, supongamos que desea cortar una determinada secuencia de ADN única en el genoma, ‘AATAGGAGATTCATGGGACT’. Tal vez esta secuencia está dentro de un gen que quieres mutar. Para hacer un corte específicamente en esta ubicación, podría dirigir una proteína de nucleasa aquí uniéndola físicamente (fusionándola) a otra proteína que se una específicamente a esa secuencia de ADN. Tendría que expresar esta proteína de fusión en la célula y buscar las células donde se hizo el corte.

Cómo lo hicimos antes de CRISPRs

Debido a que esta es una interacción bastante fundamental, los organismos tienen muchas proteínas que se unen al ADN. Pero debido a que las proteínas tienen que interactuar físicamente con el ADN, y la estructura de las proteínas es difícil de predecir, encontrar proteínas que se unan a su secuencia de ADN de interés no es una tarea fácil.

Pero, afortunadamente, a la evolución también le ha resultado difícil esta tarea, por lo que en muchos casos sigue reutilizando el mismo andamio de proteínas, copiando y modificando la misma proteína una y otra vez para que se una a secuencias ligeramente diferentes. Algunas de estas proteínas también son modulares, lo que significa que consisten en varias unidades repetidas de proteínas más pequeñas que pueden unirse. Al unir estos módulos, se pueden diseñar nuevas proteínas que unen diferentes secuencias de ADN.

Dedos de zinc

Los dedos de zinc son omnipresentes en genomas eucariotas y se descubrieron desde el principio como una clase de proteína modular de unión al ADN. Cada módulo de dedo de zinc une 3 bases, y por lo general se usan en grupos de 3 módulos, por lo que cada matriz de tres dedos se une a 9 bases de ADN. Pero en los 3 mil millones de bases del genoma humano, 9 bases no es probable que sea único. Además, no todos los dedos de zinc funcionan igual (algunos son tóxicos) y muchas combinaciones de dedos de zinc no funcionan bien juntas. Debido a esto, debe tener muchos dedos de zinc diferentes, y es difícil saber cuáles funcionarán de antemano. Además de todo eso, algunas matrices de dedos de zinc no son tan específicas, secuencias de unión que están a pocas bases del objetivo deseado.

Transcriptor Activador-como efectores (CUENTOS)

Esta clase de proteínas modulares se encontró más recientemente (en una bacteria que infecta a las plantas) y fue la respuesta a todos los problemas con los dedos de zinc, hasta que apareció CRISPR. A diferencia de los dedos de zinc, cada unidad de proteína se une a una base, por lo que son mucho más fáciles de unir, y solo necesita cambiar dos aminoácidos por módulo para cambiar la base a la que se une. Pero debido a que necesita un monómero de proteína para cada base de ADN, está buscando una proteína bastante grande y repetitiva, y eso ha dificultado la creación de CUENTAS de forma rápida y económica.

OK, ¿por qué son CRISPR diferentes?

El “sistema CRISPR” se encontró inicialmente como parte de un “sistema inmunológico” de algún tipo en algunas bacterias, utilizado para eliminar el ADN extraño. Realmente consta de dos partes: la proteína misma, llamada cas9, y un pequeño ARN, llamado ARN guía (en realidad hay algunas piezas más, pero estas son las dos principales que se dirigen al ADN) .

En el caso de CRISPR, es el ARN que es complementario al objetivo de ADN, no la proteína. Predecir cómo una proteína se plegará y contactará con el ADN es difícil, pero todo el mundo sabe cómo interactúan el ADN y el ARN: ¡solo se basa en secuencias complementarias!

Esto hace que sea increíblemente fácil apuntar a cualquier secuencia de ADN, simplemente cambie el extremo comercial del ARN de la guía CRISPR al complemento inverso de su objetivo. La proteína cas9 interactúa con el ARN guía y corta el ADN al que está unido el ARN. Incluso puede eliminar la actividad de corte de cas9 y fusionarla con otras proteínas, para detener o iniciar la expresión de genes particulares, por ejemplo.

Algunos otros beneficios:

  • La proteína cas9 funciona “directamente de la caja” en las células humanas, lo cual es bastante espectacular, ¡ya que proviene de bacterias!
  • Mientras que cas9 es una gran proteína, el ARN guía de CRISPR en sí es bastante pequeño, lo que permite que se pueda expresar, modificar, insertar en las células y sintetizar desde cero. Incluso es posible crear bibliotecas con miles de ARN guía, cada uno de los cuales tiene como objetivo una secuencia única diferente. ¡Compare esto con la dificultad de hacer incluso un CUENTO simple, o preocupándose si alguno de los dedos de cinc que ensambló funcionará correctamente!
  • Cada secuencia de ARN guía une aproximadamente 20 bases de ADN, lo que permite mucha más especificidad que los dedos de zinc, casi a la par con los TALES.

Desventajas?

  • Todavía es temprano, por lo que todavía hay dudas sobre la especificidad de los CRISPR (hasta ahora se parecen a los TALE), y hasta ahora no parecen ser muy tóxicos cuando se expresan en células humanas.

Entonces, ¿cómo va a cambiar esto las cosas?

Con CRISPRs, podemos dirigir más fácilmente y con precisión el ADN en las células. Esta es una nueva herramienta enorme en nuestro kit de herramientas que será útil para todo, desde la biotecnología agrícola hasta la producción de biocombustibles y biomateriales y la terapia génica para enfermedades humanas.

Algunas referencias
Ingeniería del genoma humano guiada por ARN a través de Cas9.
Ingeniería de genoma multiplex usando sistemas CRISPR / Cas.
Regulación guiada por ARN modulada mediada por CRISPR de Transc … [Cell. 2013]
Agrupado palindrómico corto interparesado regularmente … [Biol Chem. 2011]
Represión programable y activación de … [Nucleic Acids Res. 2013]
Edición del genoma guiado por ARN en plantas usando un CRISPR … [Mol Plant. 2013]

Hay mucho que decir sobre Cas9, pero voy a mantener esta respuesta abreviada porque ya se ha derramado mucha tinta sobre este tema (referencias a continuación) y porque la cobertura de Wikipedia de los sistemas CRISPR es adecuada (CRISPR). ACTUALIZACIÓN: Wikipedia ahora tiene una página excelente en Cas9.

Cas9 significa “proteína asociada a CRISPR 9” lo que significa que es una proteína que está asociada con el sistema de inmunidad bacteriana CRISPR (ver el enlace de Wikipedia más arriba). En resumen, el sistema CRISPR implica una serie de proteínas bacterianas que identifican el ADN viral, lo cortan y almacenan un trozo dentro del genoma de la bacteria como un registro para uso futuro. Cuando la bacteria es luego infectada por un virus relacionado (es decir, uno con ADN similar) puede usar este registro para detectar la infección antes de que se salga de control, lo que hace al identificar y cortar ese ADN usando Cas9 y las proteínas relacionadas con él .

Cas9 es una enzima nucleasa de ADN guiada por ARN que se encuentra en S. pyogenes (una bacteria). Lo que eso significa es que (1) Cas9 puede cortar el ADN y (2) Cas9 encuentra el ADN que corta al compararlo con una molécula de ARN “guía”. Si la secuencia de la guía de ARN es complementaria a una pieza particular de ADN, Cas9 cortará el ADN y, por lo tanto, producirá una rotura de doble cadena.

¿Así que cuál es el problema? Por razones que puede leer en Wikipedia (recombinación homóloga y unión final no homóloga), cortar ADN en una ubicación específica le permite editar el ADN en esa ubicación. Entonces puede usar Cas9 y un ARN guía elegido para eliminar genes específicos de organismos, agregarles nuevos genes en lugares específicos, editar genes existentes, etc. Históricamente, este tipo de “edición del genoma” ha sido posible en ciertas bacterias y hongos, pero muy, muy desafiante para los investigadores que trabajan con plantas, animales o incluso un poco más de microbios esotéricos que E. coli. Además, Cas9 parece funcionar muy bien en muchos organismos diferentes, incluidas muchas bacterias, levaduras, plantas, algas y células humanas (Big Deal n. ° 1, ver referencias). Para endulzar aún más el trato, puede desactivar los dominios de nucleasas (las partes que cortan) y dirigir Cas9 para “sentarse” en secuencias de ADN particulares cerca de los genes, lo que ha demostrado reprimir la expresión de esos genes (es decir, evitar que se vuelvan en el ARN y luego en la proteína, ver el dogma central de la biología molecular). Esto permite a los investigadores diseccionar genomas con una precisión increíble, incluso en organismos que previamente habían sido bastante intratables (Big Deal # 2).

En resumen, Cas9 parece ser la bala de plata de la ingeniería genética que los biólogos en muchos campos han estado esperando generaciones (para parafrasear a mí mismo). El descubrimiento de Cas9 hace posible la ingeniería genética de prácticamente cualquier organismo a bajo precio, lo que ya ha abierto un montón de puertas para la investigación y la biotecnología.

Referencias

Jinek, M., Chylinski, K., Fonfara, I., Hauer, M., Doudna, J. a, y Charpentier, E. (2012). Una endonucleasa de ADN guiada por ARN dual programable en inmunidad bacteriana adaptativa. Science (Nueva York, NY) , 337 (6096), 816-21. doi: 10.1126 / science.1225829

Mali, P., Esvelt, KM, y Church, GM (2013). Cas9 como una herramienta versátil para la biología de la ingeniería. Métodos de la naturaleza , 10 (10), 957-63. doi: 10.1038 / nmeth.2649

Belhaj, K., Chaparro-Garcia, A., Kamoun, S., y Nekrasov, V. (2013). Edición simplificada del genoma vegetal: mutagénesis dirigida en plantas modelo y de cultivo utilizando el sistema CRISPR / Cas. Métodos de planta , 9 (1), 39. doi: 10.1186 / 1746-4811-9-39

Gilbert, L. a, Larson, MH, Morsut, L., Liu, Z., Brar, G. a, Torres, SE, … Qi, LS (2013). Regulación de transcripción guiada por ARN modular mediado por CRISPR en eucariotas. Cell , 154 (2), 442 – 51. doi: 10.1016 / j.cell.2013.06.044

CRISPR es en realidad un mecanismo de defensa antiguo y natural que se encuentra en una amplia gama de bacterias. En la década de 1980, los científicos observaron un patrón extraño en algunos genomas bacterianos. Una secuencia de ADN se repetiría una y otra vez, con secuencias únicas entre las repeticiones. Llamaron a esta configuración extraña como R epasadas de P alindrómica S Hortensias ( CRISPR ). Originalmente en la década de 1970, mientras estudiaban varias arqueas y eubacterias, los científicos se encontraron con dichas repeticiones, a las que denominaron S hort R egularly S paceled R epeats (SRSR). Más tarde, en la década de 2000, la naturaleza agrupada de estas secuencias se reveló y, por lo tanto, se denominó CRISPR (se leyó como crispers). Los estudios posteriores revelaron que estas secuencias juegan un papel importante para defender a las bacterias de cualquier infección por fagos, es decir, en la inmunidad adaptativa bacteriana.

Como mencioné anteriormente, estos son tramos cortos de secuencias de ADN en genomas bacterianos, en donde las bacterias ya han encontrado alguna invasión de fagos en tiempos más tempranos. Estas secuencias son repeticiones cortas en su mayoría de 20-50 pb de tamaño y están separadas por una “secuencia espaciadora” que es un artefacto de invasión de fagos anterior, es decir, la secuencia espaciadora forma parte de la secuencia de ADN del fago y protege a las bacterias de cualquier fago posterior. invasión.

Dicha estructura de secuencia de diadas de los loci CRISPR, conduce a la formación de una estructura secundaria similar a un bucle en horquilla, aunque la secuencia completa puede no ser completamente palindrómica. Estas repeticiones están separadas por espaciadores de longitud uniforme. En la mayoría de los casos, las secuencias espaciadoras son muy idénticas a las secuencias de ADN del fago. En ciertos casos, la secuencia espaciadora puede ser idéntica a las secuencias de ADN procariotas que las hacen autodirigidas.

Los CRISPR son solo una parte de este sistema inmune bacteriano. La otra contraparte significativa es la C RISPR- como genes asociados ( genes Cas) estos genes codifican varias nucleasas. Estas proteínas Cas debido a su actividad nucleasa pueden cortar cualquier secuencia de Ácido Nucleico. Pero ahora la pregunta es, ¿qué tiene de especial este sistema?

A medida que la región CRISPR se llena de ADN del virus, se convierte en la galería molecular más buscada, que representa a los enemigos con los que se ha encontrado el microbio. El microbio puede usar este ADN viral para convertir las enzimas Cas en armas guiadas de precisión. El microbio copia el material genético en cada espaciador en una molécula de ARN. Entonces, las enzimas Cas toman una de las moléculas de ARN y la acunan. Juntos, el ARN viral y el Cas las enzimas flotan a través de la célula. Si se encuentran con material genético de un virus que coincide con el ARN CRISPR, el ARN se prende fuertemente. Las enzimas Cas luego cortan el ADN en dos, evitando que el virus se replique.

– Carl Zimmer

Así que llegando a Cas9, Cas9 es ampliamente utilizado nucleasa y famoso entre los científicos (aunque notorio entre los fagos 😉) y fue aislado primero de la bacteria Spy o nombre completo Streptococcus pyogenes. Ahora que sabemos cuál es el rol nativo del sistema CRISPR / Cas9, solo pensemos en qué se puede hacer.

Conectando los puntos:

Cas9 es una nucleasa que corta / corta el ADN, mientras que el CRISPR es un conjunto de secuencias que guían al Cas9 desde dónde cortar exactamente el ADN. Por lo tanto, dado que el ADN es un tramo bastante largo de nucleótidos A, T, G, C, el CRISPR debe guiar a Cas9 hacia alguna secuencia específica de 20 pb (Cas9 identifica un tramo de secuencia de 20 pb). Entonces, todo lo que hacemos los biólogos es estudiar la parte de la secuencia de ADN que deseamos recortar / diseñar eficazmente, y diseñar un “ARN guía CRISPR” que tiene una secuencia de 20 pb similar a la secuencia diana y una secuencia de ARN trazador para reclutamiento y corte propósito de la proteína Cas9. Entonces, todo lo que uno tiene que hacer es diseñar esta secuencia de ARN de la guía CRISPR y ordenarla clonada dentro de un vector adecuado (generalmente un plásmido). Tras la transfección en las células, el ARN guía de CRISPR y Cas9 harán su trabajo de manera bastante eficiente. Alternativamente, también puede diseñar una secuencia corregida de cierto gen defectuoso (generalmente en forma de oligo-nucleótido) y co-transfectarlo en líneas de organismo / célula adecuadas que albergan el gen defectuoso de internes. Esto conducirá a la eliminación de la parte defectuosa del gen y a la inserción de la parte correcta.

De manera similar, este sistema también se puede usar para generar variedades mutantes de genes particulares para experimentos biológicos. Los procesos tradicionales no lo hacen con eficiencia y requieren principalmente una gran cantidad de crianza e incluso pueden costar la vida a varios ratones y también consumen mucho tiempo. El sistema CRISPR puede usarse de manera eficiente para mutar cualquier gen de interés y eso también con buena reproducibilidad. Además, este sistema puede usarse para manipular cualquier genoma del organismo, incluido el de los humanos.

El único inconveniente detrás de esta técnica es el off-targetting, es decir, el Cas9 también puede cortar una región de 20 pb que coincida con la secuencia del ARN guía, pero no está en otra parte del genoma. Varias personas han estado tratando de optimizar este artefacto de objetivos secundarios mediante varios enfoques de cálculo, así como también utilizando diferentes variantes de Cas de las variantes de Cpf. No iré allí ya que es una pregunta completamente diferente a la dirección.

Puede consultar este enlace que cuenta uno de los tratamientos humanos exitosos realizados por el sistema CRISPR / Cas9: una terapia celular no probada en humanos salva a un bebé con cáncer

Y algunos videos interactivos que ayudarán a la comprensión fácil –

Espero que esto califique lo suficiente como para responder su pregunta.

Gracias 🙂

En su contexto natural, CRISPR (llamado así por las repeticiones palindrómicas cortas agrupadas regularmente espaciadas que analizaré en un momento) está en el núcleo de un sistema inmune bacteriano rudimentario. Una de las mayores amenazas para las bacterias es el ADN de fuentes externas, como virus, por ejemplo. Para poder protegerse contra esta amenaza, las bacterias deben ser capaces de identificar el ADN que no es suyo y de alguna manera destruirlo.

Aquí es donde se involucran las secuencias CRISPR literales. La mayoría de las bacterias contienen una o algunas series de secuencias CRISPR en sus genomas. Estos se caracterizan por repeticiones de una secuencia corta que están separadas por secuencias espaciadoras . Cada espaciador corresponde a un fragmento de ADN extraño que el linaje bacteriano ha encontrado y sobrevivido previamente. Toda la matriz CRISPR se transcribe en ARN y se procesa en trozos cortos (cortando la molécula larga de ARN en cada una de las secuencias repetidas), que luego se cargan en una enzima que es capaz de cortar el ADN.

Los ARN cortos (llamados RNAs de guía) otorgan especificidad a las moléculas de enzima a las que están unidos. Debido a que los ARN guía se derivan de secuencias extranjeras conocidas, son esencialmente un conjunto de todas las amenazas conocidas de ADN a la célula; si alguna de esas moléculas de ADN entra de nuevo en la célula, será identificada y destruida específicamente.

Hay muchos sistemas diferentes de enzimas que las diferentes especies bacterianas usan para procesar y cargar ARN guía y usan los complejos proteína-ARN para cortar el ADN, pero el más simple por mucho se ejemplifica por el sistema CRISPR de Streptococcus pyogenes. La identificación y escisión del ADN extraño se maneja con una sola enzima: Cas9. Además, Cas9 puede cargarse con ARN sin la ayuda de otras proteínas, lo que significa que si se presenta Cas9 con un ARN de un tamaño y forma apropiados, se cargará solo. En otras palabras: Cas9 es una endonucleasa de ADN programable .

Debido a que el código genético es casi universal, una secuencia codificante de proteínas de bacterias se puede diseñar de forma relativamente fácil para codificar la misma proteína en todas las demás especies. Entonces, podemos hacer que las células de casi cualquier especie expresen Cas9 y podemos programarlo con casi cualquier secuencia que deseamos, en otras palabras, Cas9 nos permite cortar casi cualquier secuencia en casi cualquier genoma que queramos.

Los cortes bicatenarios en el ADN son universalmente intolerables en todas las especies, y la vida ha desarrollado múltiples formas de identificarlos y repararlos rápidamente, en caso de que surgieran. Uno de estos se denomina unión final no homóloga. Básicamente, toma los dos extremos rotos y los obliga a volver a estar juntos de nuevo, y es muy propenso a errores. Entonces, si programamos Cas9 para cortar dentro de un gen, y ese corte es reparado por NHEJ, el gen se mutará y es probable que se vuelva no funcional: podemos mutar los genes .

Otra vía de reparación se llama recombinación homóloga. La mayoría de las células llevan dos copias casi idénticas de su genoma; si una copia se rompe, la celda puede usar la otra para hacer una reparación casi perfecta por HR. Podemos usar Cas9 y HR juntos para cambiar secuencias e insertar secuencias completamente nuevas en el genoma. Si proporcionamos una plantilla de reparación de ADN que se parece a la edición que quisiéramos hacer junto con Cas9, algunas células la usarán para reparar el corte bicatenario en lugar de la otra copia “normal” del genoma. Si hacemos dos cortes cercanos en el genoma, podemos reemplazar secuencias enteras con lo que queramos, siempre que podamos sintetizar el ADN. Entonces: podemos editar genomas .

Esto es increíblemente poderoso, ya que nos permite hacer casi cualquier cambio pequeño en casi cualquier genoma que deseemos. Podemos utilizar células madre derivadas de pacientes para diseñar células, tejidos y órganos sanos y reintroducirlos en el paciente, sin importar las mutaciones que puedan haber tenido previamente. Podemos alterar los cultivos para que tengan mayores rendimientos con menos insumos. Podemos potencialmente esterilizar poblaciones enteras de especies de plagas, con lo que se diseñan ecosistemas completos. Cas9 hace que los genomas sean plásticos, y nos da una tremenda habilidad para doblegar la naturaleza a nuestra voluntad.

Cas9 también abre una gran cantidad de nuevas avenidas de investigación, ya que nos permite hacer alteraciones increíblemente finas para investigar especímenes y preguntar qué hacen. Incluso podemos diseñar variantes de Cas9 que no cortan el ADN en absoluto, sino que reclutan factores que activan los genes , permitiéndonos preguntar no solo qué sucede cuando se expresa demasiado poco de un gen, sino también demasiado.

Cas9 ya está teniendo un profundo efecto en la investigación y la ingeniería, y apenas estamos comenzando.

Descubrimiento

Las secuencias de CRISPR se identificaron por primera vez en bacterias en 1987, pero no se caracterizaron en ese momento. Para comprender cómo se descubrió, considere una situación hipotética. La agencia de inteligencia de un país ha recibido información sobre un ataque planeado por un conocido criminal. Tan pronto como llega, es detectado por una miríada de cámaras de seguridad. Esta información fotográfica se le da a las fuerzas especiales o los militares, que salen a cazar para él en base a la inteligencia que finalmente neutraliza la amenaza y protege el país. Algo similar sucede en el mundo microscópico también. Las bacterias son atacadas constantemente por virus llamados bacteriófagos. Estos virus insertan su ADN en la bacteria, producen muchos de esos virus dentro de la bacteria y finalmente matan a la bacteria para salir e infectar a otras bacterias. Al principio de la evolución, las bacterias desarrollaron algunos mecanismos especiales para protegerse de estos invasores virales. Tan pronto como el ADN extraño ( el criminal en nuestra historia ) ingresa a la célula bacteriana, las secuencias cortas del ADN extraño se incorporan al ADN bacteriano en ciertos sitios llamados CRISPR, un acrónimo para un nombre largo y detallado (Repeticiones Palindrómicas Cortas Interspaced Regularmente Intermedio) ) El locus CRISPR ahora contiene información contra la amenaza entrante. Además, al lado del locus CRISPR están los genes Cas que producen proteínas como Cas9 ( similar a nuestras Fuerzas Especiales / Militares ) que eventualmente cortarían el ADN extraño. El locus CRISPR se transcribe en ARN no codificantes (crisprRNA que contiene secuencias complementarias contra el DNA viral y el tracrRNA). En un lenguaje simplificado, se convierte en una molécula especial, que puede unirse al ADN extraño en regiones específicas ( como una fotografía del delincuente ). La proteína Cas9 junto con estas moléculas luego van en busca de la amenaza y la cortan, protegiendo así la célula y permitiéndole sobrevivir.

Aplicación para beneficiar la vida humana y animal

Debido a los esfuerzos de la Dra. Jennifer Doudna, bioquímica de la Universidad de California, Berkeley, en colaboración con la Dra. Emmanuelle Charpentier, quien dedujo un enfoque para aplicar la tecnología CRISPR a cualquier sistema biológico (no solo a las bacterias), los científicos ahora pueden programa la parte de ARN de este sistema contra una secuencia diana específica de cualquier organismo (no solo virus) y córtalo usando la proteína Cas. Una vez que se ha cortado el ADN objetivo (algún gen funcional), la célula emplea mecanismos especiales de reparación del ADN para reparar el daño y evitar que la célula muera. Mecanismos de reparación como NHEJ o recombinación homóloga introducen algunos cambios (mutaciones) en la información original impidiendo así la producción de la proteína o la fabricación de nueva proteína que no estaba presente inicialmente, respectivamente. Por lo tanto, en lugar de esperar a que el delincuente llegue al país, se pueden generar fotografías de todos los delincuentes utilizando la inteligencia disponible, y se pueden enviar fuerzas especiales a esos lugares en particular para neutralizarlos. Por ejemplo, los científicos han usado este método para cambiar el color de los ratones de negro a blanco. El gen para el color negro en ratones se editó utilizando esta tecnología CRISPR / Cas. Como resultado, la proteína responsable de dar a los ratones el color negro ya no se producía, dando lugar a ratones no coloreados (blancos) que por lo demás eran normales.

Esto fue fascinante, simplemente por la simplicidad con la que podrían realizarse tales modificaciones genéticas. Las tecnologías de edición de genes habían estado en uso desde hace un tiempo, con proteínas de diseñador como Zinc Finger Nucleases y TALENs, que se utilizan en muchos laboratorios de todo el mundo para realizar cambios en la composición genética. Sin embargo, estas tecnologías son laboriosas y necesitan una proteína diferente para cada objetivo que no solo es difícil sino también costosa. En palabras del Dr. Doudna, los métodos más antiguos eran como volver a cablear la computadora según las necesidades de un programa que necesita instalarse, mientras que CRISPR es como un nuevo software, que puede programarse fácilmente de acuerdo con el sistema informático. Es innecesario enfatizar la importancia de esta tecnología en el mejoramiento de la vida humana y animal. Desde hacer que los cultivos sean más resistentes a los estreses abióticos como las sequías y las condiciones del suelo salado hasta hacer que las células cancerosas sean más susceptibles a la quimioterapia; desde el impulso genético que podría propagar rápidamente un gen a través de una población hasta eliminar el VIH de las células infectadas en la cultura, los científicos han logrado resultados sorprendentes usando la tecnología CRISPR con una eficiencia extremadamente alta. Podríamos potencialmente resolver el hambre mundial mediante el uso adecuado de este método. En el futuro, el nacimiento de los ” bebés de diseño “, los niños con características perfectas como la altura, el aspecto y la inteligencia podrían lograrse. Sin embargo, cada moneda tiene dos lados y las implicaciones éticas de este sistema son enormes. Y así surge la pregunta: ¿PODEMOS JUGAR A DIOS?

¿Podemos jugar a Dios?

En febrero de 2014, científicos chinos utilizaron CRISPR para crear mutaciones personalizadas en los genomas de los embriones de mono cinomolgo, monos que son los parientes evolutivos más cercanos de los humanos. Los monos nacidos tenían la mutación en todas sus células, incluidas las células germinales, lo que les permitiría a sus progenies tener esas mutaciones también. En abril de 2015, un estudio realizado por otro grupo de científicos chinos utilizó CRISPR para diseñar embriones humanos no viables cuando intentaron corregir el gen mutado que conduce a una condición grave beta-talasemia. Sin embargo, la tasa de éxito fue muy inferior en ese caso particular y encontraron mutaciones fuera de objetivo graves, cambios en algunos otros genes distintos al propuesto, lo que los llevó a detener la investigación. Estas historias provocaron una gran controversia y obtuvieron una cantidad de atención sin precedentes debido a las implicaciones éticas. La modificación de los embriones crea cambios hereditarios que podrían conducir a resultados impredecibles en las generaciones futuras. Pequeños errores en la orientación o la entrega o en realidad cualquier aspecto de esta tecnología podría llevar a las generaciones futuras a nacer con problemas devastadores. Y por todas estas razones, esta tecnología debe ser regulada y debemos usarla de forma inteligente. Se celebran reuniones entre científicos de alto nivel para ayudar a regular esta tecnología y una de esas reuniones abogó por que la comunidad científica evite el uso de esta tecnología para modificar los embriones humanos hasta que la eficacia y la precisión de esta técnica aumenten aún más. Sin embargo, es muy importante que la gente común sea educada sobre este progreso y ayude a los responsables políticos a avanzar, pero con una postura éticamente correcta sobre el avance de este método. En conclusión, admiro esta cita de la propia Dra. Jennifer Doudna sobre la necesidad de tener precaución en la edición de genes: “Cuando tenga noventa años, ¿miraré hacia atrás y me alegrará de lo que hemos logrado con esta tecnología? Nunca había descubierto cómo funciona? ”

Adoptado desde mi propio blog – Jugando ‘DIOS’.

Jugar a ser Dios’

Las repeticiones palindrómicas cortas entremezcladas y regularmente espaciadas ( CRISPR , crisper pronunciado) son segmentos de ADN procariotas que contienen secuencias de bases cortas y repetitivas. Estos juegan un papel clave en un sistema de defensa bacteriano y forman la base de una tecnología de edición del genoma conocida como CRISPR-Cas9 que permite la modificación permanente de genes dentro de los organismos.

En una repetición palindrómica, la secuencia de nucleótidos es la misma en ambas direcciones. Cada repetición es seguida por segmentos cortos de ADN espaciador de exposiciones previas a ADN extraño (por ejemplo, un virus o plásmido).

Pequeños grupos de genes cas (sistema asociado a CRISPR) se encuentran próximos a las secuencias CRISPR.

El sistema CRISPR / Cas es un sistema inmunitario procariota que confiere resistencia a elementos genéticos extraños, como los presentes en plásmidos y fagos, que proporciona una forma de inmunidad adquirida. El ARN que alberga la secuencia espaciadora ayuda a las proteínas Cas a reconocer y cortar el ADN exógeno. Otras proteínas Cas guiadas por ARN cortan el ARN extraño.

Los CRISPR se encuentran en aproximadamente el 40% de los genomas bacterianos secuenciados y el 90% de las arqueas secuenciadas.

Una versión simple del sistema CRISPR / Cas, CRISPR / Cas9, se ha modificado para editar genomas. Al administrar la nucleasa Cas9 complejada con un ARN guía sintético (ARNg) en una célula, el genoma de la célula se puede cortar en una ubicación deseada, lo que permite eliminar genes existentes y / o agregar otros nuevos.

Las técnicas de edición del genoma CRISPR / Cas tienen muchas aplicaciones potenciales, incluyendo la mejora de medicamentos y semillas de cultivos. El uso del complejo CRISPR / Cas9-gRNA para la edición del genoma fue la elección de la AAAS para el avance del año en 2015. Se han planteado inquietudes éticas sobre la posibilidad de utilizar CRISPR para la edición de línea germinal.

Fuente de la imagen: Google

Gracias.

Trataré de mantenerlo lo más simple posible.

Algunas bacterias (p. Ej .: E.coli) han desarrollado un sistema inmunitario para luchar contra los elementos genéticos extraños como los bacteriófagos y los virus que comúnmente los atacan.

Básicamente, CRISPR / Cas9 corta el ADN extraño (bacteriófagos y virus) y lo atrapa un poco (como una cola de secuencias llamadas espaciadores) para reconocer el virus la próxima vez (memoria).

CRISPR / Cas9 induce mutaciones en el ADN diana haciendo uso de dos moléculas.

1. Enzima Ca9 : actúa como tijeras moleculares para dividir el ADN objetivo.

2. ARN : hay un ARN guía (prediseñado), que está encerrado dentro de una cadena más larga de ARN que se une a la secuencia diana y guía a la Enzima Cas9 para unirse a la secuencia diana.

Algo como esto.

Disculpe el mal dibujo.

Entonces, ¿qué sucede si el ADN se divide en un sitio?

El sistema de reparación natural de la célula entra en acción e intenta reparar el ADN añadiendo secuencias a los sitios rotos. Ahora bien, el mecanismo natural de reparación del ADN no siempre es perfecto y esto causa mutaciones llamadas “Mutaciones puntuales”.

CRISPR es pobre en hacer modificaciones precisas de ADN ya que las bases se agregan y eliminan de forma aleatoria.

A pesar de que se puede aplicar para eliminar Oncogenes, hay una buena probabilidad de que surjan otros trastornos debido a tales mutaciones puntuales.

Por sus propiedades, el sistema CRISPR / Cas9 ( repeticiones palindrómicas cortas entremezcladas e intervalos regulares) se está utilizando como una herramienta de edición en Ingeniería genética para alterar las secuencias como se desee.

Los científicos planean realizar su primer sendero utilizando esto en humanos para ver su acción en las células cancerosas. Por lo tanto, la idea es extraer células T y escindirlas en sitios específicos para eliminar las secuencias codificadoras del cáncer y reemplazarlas con secuencias complementarias que eviten que las células cancerosas ataquen a las células sanas. Estas células T se multiplican invitro y luego se vuelven a introducir en el paciente.

Gracias.

CRISPR es una herramienta de edición de genoma que los científicos utilizan para manipular genes mediante la edición, eliminación o adición de secciones de código genético. En consiste en dos acciones; # 1-El aspecto Cas9, que es una enzima que se usa para hacer el “corte” del ADN para que parte específica del genoma pueda eliminarse y / o agregarse. # 2-RNA, llamado RNA de guía (gRNA). Esto consiste en una pequeña porción de secuencia de ARN prediseñada (de aproximadamente 20 bases de longitud) ubicada dentro de un armazón de ARN más largo (moléculas de ARN sintéticas no codificantes). La parte del andamio se une al ADN y la secuencia prediseñada ‘guía’ Cas9 a la parte derecha del genoma. Esto asegura que la enzima Cas9 corte en el punto correcto en el genoma. Entonces, CRISPR-Cas9, en pocas palabras, es un manipulador genético.

CRISPR ” (pronunciado “crisper”) significa Repeticiones Palindrómicas Cortas Interspaced Regularmente Agrupadas, que son el sello distintivo de un sistema de defensa bacteriano que forma la base de la popular tecnología de edición de genoma CRISPR-Cas9.

CRISPR-Cas9 es una herramienta de edición de genoma que está generando un gran revuelo en el mundo de la ciencia.

Es más rápido, más económico y más preciso que las técnicas anteriores de edición de ADN y tiene una amplia gama de aplicaciones potenciales.

CRISPR-Cas9 es un híbrido de proteína y ARN, el primo del ADN, que funciona como un eficiente sistema de búsqueda y corte en bacterias.

CRISPR-Cas9 está demostrando ser una alternativa eficiente y personalizable a otras herramientas de edición de genoma existentes.

El futuro de CRISPR-Cas9:

El rápido progreso en el desarrollo de Cas9 en un conjunto de herramientas para la investigación de biología celular y celular ha sido notable, probablemente debido a la simplicidad, alta eficiencia y versatilidad del sistema.

Es probable que pasen muchos años antes de que CRISPR-Cas9 se use rutinariamente en humanos.

Se usa en modelos animales o células humanas aisladas, con el objetivo de usar la tecnología para tratar las enfermedades en humanos de manera rutinaria.

El sistema CRISPR / Cas9 se ha utilizado para lograr una edición eficiente del genoma en una variedad de especies y tipos de células, incluidas líneas celulares humanas, bacterias, pez cebra, levadura, ratón, mosca de la fruta, lombriz intestinal, rata, conejo, cultivos comunes, cerdo y mono.

Vea más videos relacionados con CRISPR en CRISPR Gene Editing – YouTube

Existe un “video de naturaleza” sobre los principios generales del método CRISPR, “edición de genes con nucleasas diseñadas” desde el año 2011, un complemento visual de la explicación clara de Daniel. El hablante, sin embargo, solo habla de los métodos Zinc finger y TALEN. CRISPR vino más tarde. Entonces, en lugar de los dedos de zinc o los efectores de TAL que se usan junto con las tijeras (nucleasas) en el video, en el caso de CRISPR, es un segmento de ARN (complementario a la región de ADN de interés) que se une a las tijeras ( nucleasas).

Referencias
Nucleas de edición genética, métodos Nature, 28 de diciembre de 2011
Más opciones para editar genes, métodos de la naturaleza, agosto de 2011
The CRISPR Craze, Science, agosto de 2013

Avi se dirigió a Cas9. Diré que la razón por la que todo el mundo está tan entusiasmado es por su potencial termoautrónico. Muchos, muchos trastornos genéticos humanos son el resultado de mutaciones puntuales únicas en el ADN donde se cambia la base del ADN de, digamos, A-> G. CRISPR / Cas9 nos da una forma de corregir estas mutaciones. Por ejemplo, el G podría cambiarse a A en una célula ES mutante y la enfermedad puede evitarse.
Esto es, por supuesto, en principio. Todavía hay un largo camino por recorrer antes de que se convierta en realidad.

CRISPR es un método de biotecnología destinado a la manipulación genética de bacterias, utilizando ADN de virus que han impactado en esta bacteria. El método es esencialmente un medio de obtener la información necesaria para realizar la edición del genoma y la modificación permanente del gen.

Si eres un experto en informática, podrías entender mi ananlogía. CRISPER es un lenguaje de programación para reprogramar biología. Al igual que el software de computadora se compone de dos bits: 0s y 1s, el genoma humano está compuesto por 4 bits: A, G, C y T. CRISPR Cas9 puede reprogramar células vivas en cualquier organismo como lo hace en softwares. La tecnología todavía está en una etapa muy incipiente, se encuentra en una etapa en la que es como un lenguaje de nivel de ensamblaje que trabaja en bits directamente; lenguajes de nivel superior, bibliotecas, frameworks, APIs, protocolos aún están por construirse.

Es una herramienta de edición de genoma. CRISPR es una familia de secuencias de ADN en bacterias. Causas son genes asociados a CRISPR. Ambos son esenciales en la inmunidad adaptativa en bacterias que les permite eliminar material genético extraño / invasor. Fue confirmado por primera vez en 2007 por Barrangou et al. quien demostró que S.thermophilus puede volverse resistente contra un bacteriófago al integrar un fragmento de genoma de un virus en el locus CRISPR.

Cas9 es un caso en el que se ha encontrado que la proteína es un aspecto clave en ciertos mecanismos CRISPR (tipo II), donde el ADN extraño se corta en trozos pequeños y se integra al locus CRISPR en repeticiones cortas (20 pb). Más tarde, los loci se transcriben y las transcripciones se procesan para generar ARN pequeños (ARNc-CRISPR), que se usan para guiar la endonucleasa que ataca el ADN invasor basándose en la secuencia complementaria. Es un proceso único, ya que solo se requiere un caso de proteína y participa en la destrucción del ADN extraño y en el procesamiento del ARNcr.

CRISPR es un acrónimo que representa “repeticiones palindrómicas cortas agrupadas, regulares e interspaciadas”, o CRISPR para abreviar. Estos repetían secuencias de ADN idénticas encontradas en algunos microbios, desglosando una sección que los microbios usaban para almacenar fragmentos de virus que habían derrotado con éxito antes de atacar al microbio, como una galería ‘más buscada’, por lo que la próxima vez encontró otro virus como eso, lo reconocerá inmediatamente de esa secuencia cortada. Luego se mueve a lo largo del virus a esa ubicación en la cadena de ADN del virus y utiliza una enzima para cortar el ADN del virus en esa ubicación, evitando que se replique. Un sistema de arma autoinmune utilizado por algunos microbios, como algunos que se encuentran en el yogur, para defenderse de los virus. Lo importante es que la enzima corta el ADN del virus directamente en el lugar designado por el gRNA (el fragmento de ARN guía almacenado en el espacio CRISPR).

Jennifer Doudna, una investigadora científica bastante brillante en UC Berkeley, se dio cuenta de que esto podría usarse como microescultura molecular guiada con precisión para cortar una sección específica exacta del ADN de casi cualquier especie. Una vez hecho esto, una sección sustituta que ha sido cortada de otro organismo puede insertarse fácilmente en la sección faltante, y ahora tiene el diseño para un nuevo organismo híbrido. La enzima comúnmente utilizada ahora es Cas9, por lo que el proceso se denomina con frecuencia CRISPR-Cas9.

Visto el ejemplo de este nuevo estudio en PLOS Patógenos . Muestra cómo CRISPR podría usarse contra diferentes tipos de herpesvirus e incluso erradicar el ADN viral que se esconde en las células, en algunos casos de infecciones latentes.

Si no alimentamos al mundo, eventualmente se alimentará de nosotros. Los desastres, los insectos, el cambio climático, el calor y la sequía son problemas que los agrónomos han intentado resolver. La ONU y los expertos dicen que la producción mundial de alimentos debe duplicarse para 2050, momento en el que la población mundial habrá superado los 9 mil millones. La diferencia que CRISPR puede hacer es increíble. Permite a los científicos centrarse en un gen y activarlo o desactivarlo. Vea la explicación completa en este artículo sobre el papel de CRISPR en la erradicación del hambre … http: //samdailytimes.blogspot.co…

Aquí hay una buena visión general:

https://www.quantamagazine.org/2

En el término de Layman, CRISPR es un sistema inmune bacteriano que puede apuntar al ADN usando algo de ARN como guía. Un sistema de modificación CRISPR es un artefacto que imita un sistema CRISPR por un vector que podemos utilizar para apuntar y modificar genes.