Las tentaciones de editar nuestro genoma

Miguel Ángel Cevallos
Nuevas técnicas permiten producir en un tiempo récord y a menor costo todo tipo de mutaciones en las plantas y animales que se usan como modelos en la investigación. ¿Deberíamos aplicarlas también a los seres humanos para prevenir o curar enfermedades genéticas?
Una de las características de la ciencia que más me entusiasman es que uno nunca sabe por dónde va a saltar la liebre: observaciones que al principio parecen modestas pueden convertirse en ideas que logran cambiar nuestra manera de concebir el mundo. Un ejemplo es el sistema denominado CRISPR/Cas9, que se describió inicialmente como un mecanismo que tienen las bacterias para defenderse de los virus y acabó convirtiéndose en una herramienta de extraordinaria eficiencia para modificar, con un plan predeterminado, el ADN de cualquier organismo, incluso el nuestro. Esta nueva capacidad de introducir, modificar o borrar genes bajo diseño se conoce como edición de genomas y es tan poderosa que está obligando a la sociedad a replantearse qué tan lejos se quiere llegar con estos nuevos métodos sin romper los esquemas éticos vigentes.
Pegamento y tijeras
En este momento existen tres métodos para editar un genoma de manera precisa y ágil: ZNF, TALEN y CRISPR/Cas9. Los tres explotan una propiedad que tienen todas las células, que es la de reparar su ADN cuando se rompen las dos cadenas que lo conforman. Si se presenta esta peligrosa situación, las células utilizan una de dos alternativas para reparar los posibles daños: la primera se conoce como unión de extremos no homólogos y la otra, reparación asistida por plantilla. En el primer caso, lo que hace la célula es pegar a los extremos rotos del ADN. Unas proteínas específicas, las cuales se unen entre sí para acercar los extremos fracturados y pegarlos nuevamente; en caso de que sea necesario, incluso puede añadir unos cuantos nucleótidos —moléculas que son las unidades básicas de la estructura del ADN y el ARN— para resanar la fractura, acción que suele dejar una “cicatriz” (mutación) en el lugar de la unión. La segunda opción se utiliza cuando el cromosoma se rompe pero existe un segmento adicional de ADN que es idéntico en secuencia a uno y otro lado de la fractura; la célula utiliza este segmento como guía fiel para reparar el ADN.
El truco que utilizan los investigadores para editar un genoma es simple en términos conceptuales: primero, cortan el ADN en el sitio deseado con una “tijera” molecular programable y al mismo tiempo introducen un ADN guía para engañar a las células y hacer que utilicen esta plantilla para reparar el daño e introducir así todos los cambios deseados.
El diseño de las tijeras moleculares programables fue un triunfo de la ingeniería genética. Cada sistema de edición tiene su propio mecanismo de programación: en los sistemas ZFN y TALEN la misma proteína que actúa como tijera es la que se programa para que corte en un sitio predefinido. En contraste, el sistema CRISPR/Cas9 tiene dos componentes independientes: la proteína Cas9 que actúa como tijera y un pequeño ARN guía que le dice a Cas9 dónde ejercer su acción. La gran belleza de este último sistema radica en que programar un ARN es muchísimo más fácil que programar una proteína, razón por la cual en la actualidad es el método que goza de mayor prestigio.
Los sistemas de edición de genomas son más versátiles y sencillos de utilizar que las complejas manipulaciones que utilizaba la ingeniería genética hace una década. Con las viejas tecnologías sólo era posible manipular un gen a la vez, en tanto que en la actualidad es factible modificar varios genes de un solo golpe y con mejores resultados. Además, las nuevas técnicas tienen tal precisión que prácticamente resulta imposible distinguir un organismo modificado de otro que no lo es, a menos que a ese organismo se le haya quitado un segmento de ADN o añadido uno. Con las técnicas de antes, con frecuencia se dejaban no sólo “cicatrices” en el genoma, sino insertos en regiones no deseadas, segmentos de los vectores moleculares (por ejemplo virus modificados) utilizados en la manipulación. En gran medida estas anomalías son las que han generado las fuertes críticas de que han sido objeto los organismos genéticamente modificados (OMG), por considerarse que podrían tener efectos dañinos e incluso letales. En términos técnicos, los organismos producidos por la edición de genomas no deberían ser considerados OMG, puesto que idealmente su genoma no tiene ni cicatrices ni material genético adicional indeseado; esto debería propiciar que el público acepte mejor los productos de esta nueva tecnología si se demuestra cabalmente que no portan ningún otro cambio que no se haya buscado. Es más, dada nuestra capacidad de obtener la secuencia genómica completa de un organismo, en pocos días y a un precio cada vez menor, podremos identificar los organismos que cumplen al 100% los criterios del diseño original y descartar aquellos que no los cumplen porque adquirieron modificaciones extras no deseadas, en inglés llamadas técnicamente off-target (fuera del blanco).
¿Edición justificada?
Los primeros en beneficiarse de estas técnicas de manipulación genética fueron los científicos, pues ahora pueden producir, en un tiempo récord y a un precio más asequible, todo tipo de mutaciones en los organismos que se usan como modelo en la investigación, como la levadura, la mosca de la fruta, el pez cebra, el ratón, la rata, el mono macaco, la planta Arabidopsis y la del tabaco, el gusano Caenorhabditis elegans, el alga Chlamydomonas reinhardii y muchos más. De hecho, ya hay compañías —unas pequeñas como OriGene Technologies de Estados Unidos o Horizon Discovery Group del Reino Unido y otras enormes, como la multinacional Sigma- Aldrich—, que están aprovechando esta área de oportunidad para brindar apoyo a los investigadores, vendiéndoles reactivos para editar genomas o bien ofreciéndoles servicios para modificar los organismos modelo, de acuerdo con sus necesidades. Sin embargo, las aplicaciones que tendrán mayor trascendencia biotecnológica serán aquéllas relacionadas con la modificación de las plantas y de los animales que nos sirven de alimento. Todas las manipulaciones genéticas que originen organismos dotados de mayor productividad, más resistentes a las enfermedades o, en el caso de las plantas, que puedan soportar condiciones ambientales adversas como la sequía, los patógenos y las plagas, son o serán del interés tanto de los gobiernos como de las compañías privadas deseosas de explotar comercialmente estas nuevas capacidades. Numerosas universidades están trabajando en estos aspectos, pero las compañías privadas también han puesto ahí un dedo en el renglón. Dos de ellas son la compañía estadounidense Recombinetics, que ofrece servicios para modificar animales de granja, y la francesa Cellectis, que está desarrollando nuevas variedades de cultivos que serán comercializadas en el momento en que se resuelvan los vacíos legales en los que todavía se encuentran estos productos. No me extrañaría que en el futuro aparezcan, por ejemplo, empresas que vendan perros y gatos de raza sin la propensión genética a enfermarse que típicamente afecta a estos animales. Pronto seremos testigos de un boom de este tipo de corporaciones.
De todo el universo de manipulaciones genéticas que se pueden hacer con los animales, hay dos que me llaman la atención porque están relacionadas con nuestra salud: se están produciendo animales con mutaciones que en el ser humano producen enfermedades genéticas específicas, con el fin de obtener modelos de estudio para entender mejor la raíz de estos males y diseñar fármacos y terapias que los contrarresten con mayor eficacia. Un ejemplo reciente es el de un grupo de investigadores de la Escuela de Medicina de Harvard, Estados Unidos, encabezado por el Dr. Benjamin Ebert; ellos generaron por medio de la tecnología CRISPR/Cas9 una raza de ratones con mutaciones en cinco genes diferentes, a fin de que resultaran proclives a desarrollar un tipo de leucemia aguda propia de los humanos y sirvieran para estudiar detalladamente este padecimiento.
Muchos científicos han puesto su atención en los cerdos, no porque sean aficionados a las carnitas o a los chuletones, sino porque tanto en fisiología como en tamaño estos animales son incómodamente parecidos a nosotros. Desde hace décadas se ha sugerido que los cerdos podrían convertirse en una fuente de órganos para trasplantes (xenotrasplantación). Sin embargo, hay dos obstáculos importantes para que esto suceda: primero, los órganos del cerdo generan un fuerte rechazo inmunitario en el humano, y, segundo, el genoma del cerdo, como el de todos los animales, tiene insertados virus que le son propios y que yacen ahí en un estado latente. Los médicos temen que estos virus se activen cuando un órgano de cerdo se trasplante en un humano, lo que podría generar una epidemia. En estos momentos hay grupos de investigación que, como primer paso, “construyen” cerdos a los cuales les están eliminando los dos genes principales que producen el rechazo inmunitario. El segundo paso será utilizar tijeras moleculares para eliminar del genoma del cerdo esos virus indeseables. El último paso previsible será “humanizar” la superficie de las células del cerdo y minimizar así cualquier posibilidad de rechazo. Con un poco de trabajo y de suerte, en un futuro no tan lejano quizá la escasez de órganos para trasplante deje de ser un problema tan grave.
Genes defectuosos
Los sistemas de edición de genomas son tan versátiles que no es de extrañar que haya una enorme cantidad de investigadores y compañías interesadas en utilizarlos para prevenir enfermedades genéticas humanas. Este tipo de padecimientos suelen ser devastadores y no únicamente para quien los hereda, sino también para los padres que se saben portadores de los genes que pueden causarlos y para los demás miembros de la familia que son testigos del sufrimiento de su pariente enfermo.
Algunas enfermedades genéticas se manifiestan cuando heredamos de alguno de nuestros padres un gen defectuoso. Tal es el caso del mal de San Vito (corea de Huntington) o la enfermedad de los huesos de cristal (osteogénesis imperfecta), que en el mundo de los genetistas reciben el nombre de enfermedades autosómicas dominantes. Otras se presentan cuando los hijos heredan el mismo gen “anormal” de sus padres portadores, aunque ellos estén perfectamente sanos; los padecimientos que estos genes producen se denominan enfermedades autosómicas recesivas y entre ellas están la fibrosis quística, la enfermedad de Tay-Sachs, la anemia falciforme, la porfíria y la fenilcetonuria. Hay además enfermedades cuya aparición depende de factores tanto genéticos como ambientales, como la diabetes; en otras palabras, los genes nos predisponen, pero a final de cuentas nuestro estilo de vida será lo que determine si padeceremos o no la enfermedad.
Actualmente la opción que tienen las parejas en las cuales ambos cónyuges se saben portadores de genes defectuosos (recesivos) y están conscientes de que sus hijos tienen el 50% de probabilidades de padecer cierta enfermedad genética, digamos fibrosis quística, es recurrir (si sus recursos económicos se los permiten) a la fecundación in vitro. El 50% de los óvulos fecundados tendrá su complemento genético normal y la otra mitad, los genes defectuosos. A través de pruebas genéticas, los especialistas analizan un grupo de óvulos fecundados (cigotos) para determinar cuales son los “sanos” y reimplantarlos en la madre. Así los padres se aseguran de que sus hijos estarán libres de la enfermedad. ¿Pero qué ocurre cuando ambos padres están en etapa reproductiva y los dos sufren de una enfermedad hereditaria? En otros tiempos no existía ninguna opción: todos sus hijos estaban condenados a ser víctimas de la misma enfermedad que aquejaba a los padres. Pronto no será así, la edición de genomas se volverá una opción viable para ellos. Los especialistas tendrán que editar los genes mutantes microinyectando a los óvulos fecundados un sistema de edición de genomas para corregir los genes defectuosos. Posteriormente tendrán que asegurarse, por secuenciación genómica, de que los embriones hayan sido manipulados correctamente y sin modificaciones fuera del blanco; entonces podrán reimplantarlos en la madre. Los hijos producto de esta operación no sólo serán sanos, sino que a su vez sus propios hijos estarán libres de ese mal.
Lo que debe quedar claro es que la edición de genomas es una herramienta en vías de perfeccionamiento, y que es absolutamente necesario dejarla en el tintero hasta que estemos seguros de sus resultados y hayamos discutido todas las repercusiones éticas y sociales que pudiera ocasionar su uso cotidiano. Desafortunadamente, algunos investigadores han adelantado vísperas y con resultados inquietantes: el 18 de abril de este año apareció en la revista Protein & Cell un artículo titulado “Edición genética mediada por CRISPR/Cas9 en cigotos humanos tripronucleares”, firmado por 16 investigadores chinos encabezados por el Dr. Junjiu Huang. Los autores de esta investigación utilizaron óvulos que fueron fecundados al mismo tiempo por dos espermatozoides, los cuales obtuvieron de una clínica de fertilización in vitro. Al poseer triple complemento genético, estos embriones son incapaces de sobrevivir a las primeras fases de su desarrollo. El objetivo del trabajo fue explorar la eficiencia del sistema CRISPR/Cas9 en embriones humanos y para ello eligieron editar uno de los genes que se encargan de la producción de hemoglobina, esto es, la proteína que transporta el oxígeno a todos los tejidos del organismo. Utilizaron 86 embriones, de los cuales 71 sobrevivieron a las manipulaciones, de éstos últimos, 54 se analizaron genéticamente y sólo cuatro tuvieron la modificación diseñada por los investigadores. La lección es clara: este sistema todavía es demasiado ineficiente para utilizarlo como terapia genética preventiva. Aún así, hay quienes argumentan que la baja eficiencia que se observó en estos experimentos pudo ser producto de que los embriones utilizados no estaban sanos. En cualquier caso, para que esta técnica pueda aplicarse cotidianamente en las clínicas de fertilización in vitro la eficiencia deberá ser cercana al 100%.
Corregir para curar
Todavía estamos lejos de ser capaces de brindar un tratamiento correctivo para la mayor parte de los padecimientos genéticos. A mediano plazo sólo podrá ofrecerse esta opción para tratar un reducido número de males hereditarios, en los cuales no es necesario editar genéticamente todas las células del cuerpo del enfermo. Un ejemplo es la hemofilia; la sangre de las personas que padecen esta enfermedad no se coagula, por ende cualquier herida interna o externa, por pequeña que sea, puede poner en peligro su vida. Esto se debe a que los hemofílicos portan mutaciones en el gen encargado de producir una proteína esencial en la coagulación, denominada Factor IX. Por fortuna, basta que algunas células del hígado produzcan alrededor del 3% del Factor IX presente en una persona sana para suprimir ese defecto en la coagulación. Se ha propuesto que un procedimiento con el que quizá podría curarse la hemofilia es tomar una pequeña muestra de tejido del hígado del enfermo, editar las células ahí presentes, es decir, sustituir el gen mutado por uno que no lo esté, cultivarlas en el laboratorio y reintroducirlas otra vez en el hígado. Algunas manipulaciones similares se están planeando para otras enfermedades genéticas, como la fibrosis quística.
La edición genómica es una senda que se seguirá transitando porque promete ser una solución viable para muchos pacientes, y una actividad con un enorme potencial económico. De hecho, algunas compañías ya han invertido millones de dólares para perfeccionar este tipo de técnicas y a mediano plazo ofrecerán servicios de edición genómica con propósitos médicos. Entre ellas se encuentra Editas Medicine, que basa su propaganda en el lema “Liberar la promesa de la edición del genoma para ofrecer medicinas que cambien la vida”; esta compañía cuenta con un equipo que incluye a los investigadores más importantes del campo. Por su parte, la compañía Suiza CRISPR Therapeutics a firma que “su visión es curar las enfermedades humanas, a nivel molecular, usando la tecnología CRISPR/ Cas9” y que en apenas tres años tendrá productos para la clínica… Y esto es sólo el principio.
¿Editar o no editar nuestro genoma? Ésta es la pregunta
Estoy seguro de que existe gente que verá con buenos ojos que se utilicen técnicas de edición de genomas para ayudar a las familias con miembros que padecen síndromes genéticos. Sin embargo, hay otras aplicaciones potenciales para las que es necesario sopesar si valdrán la pena o no. Por ejemplo, estas técnicas podrían aplicarse de forma que nazcan niños con mutaciones en el gen CCR5, esencial para la infección con el virus causante del sida y hacerlos resistentes a desarrollar este mal, o introducir mutaciones en el gen PCSK9 para que nunca sufran de altos niveles de colesterol. Suenan interesantes, pero no sabemos si al pasar las generaciones tales modificaciones podrían tener algún impacto negativo. También hay otros usos de estas técnicas que suenan insensatamente banales, pero dado que podrían significar un mercado importante siempre habrá gente interesada en invertir dinero en ello. Si como sociedad no somos lo suficientemente cuidadosos, podrían llegar a ofrecerse servicios para diseñar hijos al gusto, escogiendo el color de su piel o de sus ojos, o decidiendo su peso y su estatura potenciales, sin pensar en las consecuencias que podrían tener a la larga este tipo de decisiones.
Ante esta novísima capacidad de editar nuestro propio genoma, varios grupos de científicos se han mostrado preocupados por sus posibles repercusiones en el futuro de los seres humanos. Al respecto este año aparecieron cartas de dos de estos grupos, con puntos de vista diferentes; una se publicó en la revista Nature el 12 de marzo y la otra en la revista Science el 3 de abril. El primer grupo, encabezado por los estadounidenses Edward Lanphier y Fyodor Urnov, señala que jamás debe tocarse el genoma humano porque no sabemos las consecuencias que podría tener en el futuro de nuestra especie. El otro grupo, cuyo líder es el también estadounidense David Baltimore, ganador del premio Nobel de Fisiología o Medicina en 1975, propone establecer una moratoria en experimentos de edición del genoma humano hasta que se logre perfeccionar la técnica y puedan evaluarse sus consecuencias biológicas, éticas y legales; también sugiere organizar foros de discusión en los que participen científicos, expertos en bioética, biotecnólogos, empresarios interesados en el campo, políticos y representantes de la sociedad civil, que propongan medidas bien claras y definidas que regulen hasta dónde es aceptable llegar con este tipo de manipulaciones. En lo personal, me inclino más por la posición del grupo de Baltimore y considero que tenemos la obligación de estar informados, a fin de orientar de manera adecuada nuestra actitud crítica ante estos desarrollos.
Más información
Kornblihtt, Alberto, La humanidad del genoma: ADN, política y sociedad, Editorial Siglo XXI, Buenos Aires, 2013.
García, José Luis y Federico Baeza, Genoma humano: del laboratorio al paciente, Netbiblo, España, 2012.
*Miguel Ángel Cevallos, frecuente colaborador de ¿Cómo ves?, es doctor en investigación biomédica básica y especialista en genética molecular bacteriana. Trabaja en el Centro de Ciencias Genómicas de la UNAM.