Nuevos inhibidores de CRISPR encontrados con la ayuda de fondos del Departamento de Defensa de EE. UU.

Nuevos inhibidores de CRISPR encontrados con la ayuda de fondos del Departamento de Defensa de EE. UU.

 

https://cen.acs.org/biological-chemistry/biotechnology/New-CRISPR-inhibitors-found-help/96/web/2018/09
Dos artículos que describen proteínas anti-CRISPR fueron respaldados por un programa DARPA para mejorar la seguridad del método de edición de genes y contrarrestar su uso nefasto

 

 A medida que los científicos se acercan más al uso de la edición de genes CRISPR para tratar enfermedades, el Departamento de Defensa de EE. UU. se prepara para la posibilidad de un uso más nefasto de CRISPR: su armamento para dañar a humanos, animales o cultivos.

En julio de 2017, la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa (DARPA) anunció un programa de investigación de $65 millones para prepararse para estos escenarios. Llamado Safe Genes, el programa DARPA está financiando proyectos para desarrollar contramedidas y tratamientos profilácticos contra la edición de genes no deseada. También apoya a los investigadores que están diseñando sistemas para controlar mejor la edición intencional de genes.

La semana pasada, dos artículos publicados en Science ofrecieron el primer vistazo del tipo de investigación que DARPA apoya. Dos grupos, uno dirigido por Jennifer Doudna de la Universidad de California, Berkeley (Science 2018, DOI: 10.1126/science.aau5138), y otro dirigido por Joseph Bondy-Denomy de la Universidad de California, San Francisco (Science 2018, DOI: 10.1126/science.aau5174), descubrió varios inhibidores CRISPR nuevos, incluido uno para CRISPR/Cas12a, una alternativa cada vez más popular al editor de genes CRISPR/Cas9 estándar.

Bondy-Denomy está bien versado en estos inhibidores de CRISPR. En 2013, ayudó a descubrir las primeras proteínas anti-CRISPR, como se las llama, y desde entonces ha estado buscando más. Esos primeros anti-CRISPR no fueron útiles para detener la edición de genes porque no funcionaron en las enzimas Cas que cortan y editan el ADN en los métodos CRISPR ampliamente utilizados en los laboratorios.

Un lugar obvio para buscar más anti-CRISPR es en los bacteriófagos, los virus que asedian y matan a las bacterias. De hecho, CRISPR evolucionó en las bacterias como un sistema inmunitario primitivo que las células utilizan para descuartizar a sus enemigos virales. Las enzimas Cas reconocen a los atacantes microbianos con la ayuda de una foto policial del ADN de los virus almacenado en un código de ARN en la bacteria.

Pero hay una carrera armamentista evolutiva entre virus y bacterias. Los mismos bacteriófagos han adquirido genes que producen proteínas anti-CRISPR. "La inhibición de Cas es bastante rampante", dice Bondy-Denomy. Aunque muchas bacterias tienen CRISPR, en realidad no protege a muchas de ellas debido a las contramedidas virales.

En 2016, varios laboratorios, incluido el de Bondy-Denomy, encontraron los primeros inhibidores de Cas9, pero los inhibidores de Cas12a siguen siendo esquivos. Los científicos están interesados en las aplicaciones terapéuticas de edición de genes de Cas12a porque es una proteína más compacta que Cas9 y, por lo tanto, puede ser más fácil de introducir en los humanos. Cas12a también es mejor para insertar ADN nuevo en los genomas, mientras que el Cas9 tradicional es más adecuado para activar o desactivar genes.

Para encontrar los inhibidores de Cas12a, los laboratorios de Bondy-Denomy y Doudna comenzaron con una estrategia similar. Escanearon una base de datos de genomas bacterianos para encontrar especies cuyos sistemas CRISPR/Cas12a con el tiempo se programaron para cortar su propio ADN en lugar del ADN del bacteriófago. La existencia de tal sistema sería un suicidio para la bacteria, a menos que algo como una proteína anti-CRISPR impidiera que Cas12a hiciera su trabajo.

Esa búsqueda llevó a ambos equipos a un patógeno de vacas llamado Moraxella bovoculi. Luego utilizaron diferentes métodos para escanear el genoma de la bacteria en busca de un gen de bacteriófago al acecho que detuvo la actividad de Cas12a. Ambos grupos convergieron en un anti-CRISPR llamado AcrVA1, que inhibió efectivamente Cas12a cuando los científicos intentaron usarlo para editar genes en células humanas en cultivo.

“Siempre es una buena señal cuando dos estudios independientes convergen en la misma imagen”, dice Erik Sontheimer, científico de CRISPR de la Facultad de Medicina de la Universidad de Massachusetts, cuyo laboratorio ayudó a descubrir los inhibidores de Cas9. “Si será útil terapéuticamente o no, no estoy seguro. Todavía es muy pronto”, añade.

Un uso potencial sería detener la edición de genes no deseada. “DARPA claramente está pensando en utilizar CRISPR como un arma biológica”, dice Karen Maxwell, científica que estudia anti-CRISPR en la Universidad de Toronto. Sin embargo, administrar esa defensa podría ser difícil. Dado que los anti-CRISPR son proteínas, no se pueden tomar en una pastilla como muchos medicamentos de molécula pequeña.

Maxwell dice que incluso si los anti-CRISPR no se usan para disuadir un ataque, aún podrían resultar útiles para hacer que las terapias CRISPR sean más seguras.

Los científicos que desarrollan sistemas de edición de genes CRISPR para tratar una enfermedad no quieren que las enzimas Cas permanezcan mucho tiempo después de haber realizado las ediciones deseadas en el ADN. Cuanto más tiempo permanezca Cas, más probable es que se produzcan roturas involuntarias y dañinas para las células en el ADN. Prevenir estos cortes fuera del objetivo es una de las mayores prioridades para hacer que las terapias CRISPR sean más seguras. De hecho, Doudna y Bondy-Denomy ya han demostrado que administrar las proteínas anti-CRISPR específicas de Cas9 solo unas horas después de aplicar CRISPR/Cas9 puede resultar en una disminución del 75 % en los cortes fuera del objetivo (Sci. Adv. 2017, DOI: 10.1126 /sciadv.1701620).

Los anti-CRISPR también pueden ayudar a que las terapias CRISPR sean más específicas al limitar los tipos de tejidos en los que funcionará CRISPR. DARPA también quiere desarrollar versiones más controlables de impulso genético, una tecnología que utiliza CRISPR para propagar un gen en una población de animales o plantas. . Varios grupos están desarrollando la técnica para prevenir la propagación de la malaria en los mosquitos. Pero dado que esta técnica alteraría los genes de los animales salvajes, a los científicos les gustaría diseñar un interruptor de apagado de emergencia para el sistema en caso de que algo salga mal. Anti-CRISPR podría ayudar.

“Podría ser un interés de seguridad nacional garantizar que CRISPR avance de manera segura”, dice Bondy-Denomy. Los inhibidores Cas12a son solo una pequeña parte de muchos proyectos en curso financiados por DARPA, agrega. “La edición de genes armada puede sonar un poco a ciencia ficción, pero a corto plazo está muy claro que tener una edición de genes segura tiene sentido”.