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La tecnología del CRISPR-Cas9

Escrito por cienciaenlasnoticias 18-03-2018 en BIOMEDICINA. Comentarios (0)

¿QUÉ ES?

La tecnología CRISPR-Cas9  es una herramienta molecular utilizada para “editar” o “corregir” el genoma de cualquier célula. Es como unas tijeras moleculares que capaces de cortar cualquier molécula de ADN haciéndolo además de una manera muy precisa y totalmente controlada.  Esa capacidad de cortar el ADN es lo que permite modificar su secuencia, eliminando o insertando nuevo ADN.

Su nombre proviene del inglés Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, en español Repeticiones Palindrómicas Cortas Agrupadas y Regularmente interespaciadas. Cas9 hace referencia a un grupo de proteínas asociadas a este sistema.

ORIGEN

Los CRISPR  son familias de secuencias de ADN en bacterias que contienen fragmentos de ADN de virus que han atacado a las bacterias.

De  forma general, este sistema lo que hace es almacenar secuencias cortas del  material genético del virus e insertarlos en el genoma de la bacteria, de tal forma que le sirva como una memoria inmune para que durante una nueva infección de cepas del mismo virus, la bacteria sea capaz de reconocer el ADN intruso y destruirlo.

Este ADN viral no se inserta en cualquier sitio del genoma de la bacteria, sino que  se integra en el locus (una posición fija en un cromosoma) CRISPR.

El origen puede establecerse en 1987 cuando se publicó un artículo en el cual se describía cómo algunas bacterias (Streptococcus pyogenes) se defendían de las infecciones víricas. Estas bacterias tienen unas enzimas que son capaces de distinguir entre el material genético de la bacteria y el del virus y, una vez hecha la distinción, destruyen al material genético del virus.

Sin embargo, las bases de este mecanismo no se conocieron hasta más adelante, cuando se mapearon los genomas de algunas bacterias y otros microorganismos como arqueas, donde se encontraron repeticiones palindrómicas, es decir, secuencias cortas y repetitivas de nucleótidos que se leen igual al derecho y al revés, sin ninguna función aparente. Estas repeticiones estaban separadas entre sí por unas secuencias denominadas “espaciadores” de origen viral y delante una secuencia llamada “líder”. A este fragmento secuencias de ADN se las denominaría CRISPR.

Además, se encontró que asociados a CRISPR se hallan una serie de genes (cas: CRISPR-associated) que codifican para proteínas como las nucleasas (proteínas que cortan enlaces de los ácidos nucleicos) necesarias para llevar a cabo la inmunización, formando lo que se conoce como el sistema  CRISPR-cas.

Fig.1.  Representación del locus CRISPR-cas que está integrado por ADN repetido y en forma de palíndromo (se lee igual de izquierda a derecha por ejemplo CGC), separado por secuencias espaciadores que provienen del ADN de los fagos. Contiguo a estas secuencias se encuentran los genes cas que codifican para proteínas necesarias para la inmunidad de la bacteria.


Cuando un virus entra dentro de la bacteria toma el control de la maquinaria celular y para ello interacciona con distintos componentes celulares. Pero las bacterias que tienen este sistema de defensa tienen un complejo formado por una proteína Cas unida al ARN producido a partir de las secuencias CRISPR. Entonces el material génico del virus puede interaccionar con este complejo. Si ocurre eso, el material genético viral es inactivado y posteriormente degradado. Pero el sistema va más allá. Las proteínas Cas son capaces de coger una pequeña parte del ADN viral, modificarlo e integrarlo dentro del conjunto de secuencias CRISPR. De esa forma, si esa bacteria (o su descendencia) se encuentra con ese mismo virus, ahora inactivará de forma mucho más eficiente al material genético viral. Es, por lo tanto, un verdadero sistema inmune de bacterias.



Fig. 2. Cuando la bacteria se encuentra inmunizada, la entrada de ADN de un virus que anteriormente la infectó es reconocido por complementariedad y es destruido



Fig.3. Secuencias repetidas del CRISPR de bacterias

TÉCNICA

1.  Desarrollo

1.1.  Diseño de una molécula de ARN (CRISPR o ARN guía) que luego va  a ser insertada en una célula. Una vez dentro reconoce el sitio exacto del genoma donde la enzima Cas9 deberá cortar.

1.2.  Edición del genoma

·  Primera etapa: El ARN guía se asocia con la enzima Cas9. Este ARN guía es específico de una secuencia concreta del ADN, de tal manera que por las reglas de complementariedad de nucleótidos se hibridará en esa secuencia (la que nos interesa editar o corregir). Entonces actúa Cas9, que es una enzima endonucleasa (es decir, una proteína que es capaz de romper un enlace en la cadena de los ácidos nucléicos), cortando el ADN. Básicamente podemos decir que el ARN guía actúa de perro lazarillo llevando a Cas9, el ejecutor, al sitio donde ha de realizar su función.

·  Segunda etapa: Activación de los mecanismos naturales de reparación del ADN cortado.

o  Mecanismo de inserción-delección: después del sitio de corte (la secuencia específica del ADN donde se unió el ARN guía), bien aparezca un hueco en la cadena, bien se inserte un trocito más de cadena. Esto conlleva a la perdida de la función original del segmento de ADN cortado.

o  Mecanismo de incorporación de una secuencia concreta exactamente en el sitio original de corte. Para esto, lógicamente, hemos de darle a la célula la secuencia que queremos que se integre en el ADN.

2.  Ventajas

Las técnicas utilizadas en ingeniería genética antes del desarrollo de la tecnología CRISPR-Cas9  eran imprecisas y difíciles de aplicar a gran escala, resultando en experimentos complicados y costosos.

Con la CRISPR-Cas9 se inaugura una nueva era de ingeniería genética en la que se puede editar, corregir, alterar, el genoma de cualquier célula de una manera fácil, rápida, barata y, sobre todo, altamente precisa.

3.  Problemas

La técnica presenta los siguientes problemas: 

·  La especificidad del ARN guía no es total ya que puede hibridar con más de un sitio en el genoma, lo que llevaría a que la enzima Cas9 cortara en un sitio que no interese.

·   El Cas9 puede cortar sin que esté presente el ARN guía aunque este problema podría solucionarse con enzimas más precisas.

APLICACIONES

·  En ciencia básica: Regular la expresión génica, etiquetar sitios específicos del genoma en células vivas, identificar y modificar funciones de genes y corregir genes defectuosos.

·  Aplicaciones sanitarias:

o  Estudio de enfermedades: Creación de modelos de animales para estudiar enfermedades complejas como la esquizofrenia, para las que antes no existían modelos animales.

o  Terapia génica, es decir, como tratamiento para enfermedades producidas por la alteración de un gen que podrá reemplazarse por un gen funcional. En la actualidad se está trabajando con esta tecnología en enfermedades como la Corea de Huntington, el Síndrome de Down o la anemia falciforme.

o  Otra aplicación aparentemente futurista, pero no tan quimérica es la reprogramación de nuestras células para que corten el genoma del VIH.

·  En la industria alimentaria

o  Mejora de alimentos transgénicos (desarrollar nuevas variedades de plantas y animales con características genéticas concretas).

o  Modificación de bacterias y otros microorganismos de uso alimentario

RESUMEN

La tecnología CRISPR-Cas9  es una técnica de ingeniería genética que permite, a partir del diseño de  un ARN guía asociado a la proteína Cas9,  cortar específicamente un fragmento de una cadena de ADN e insertar en ese mismo lugar una nueva secuencia de ADN de interés modificando de este modo la secuencia de ADN original y, en consecuencia, la información genética contenida en él.

Las posibles aplicaciones de esta tecnología serán muy importantes en el futuro tanto a  nivel molecular como sanitario e industrial.

Esta tecnología desarrollada a partir del descubrimiento del sistema inmune en bacterias es un ejemplo maravilloso de como la ciencia básica puede llegar a tener aplicaciones muy importantes.

BIBLIOGRAFÍA

http://www.dciencia.es/que-es-la-tecnologia-crispr-cas9/

https://es.wikipedia.org/wiki/CRISPR

https://prismalavista.com/2016/07/12/el-sistema-inmune-de-virus-y-bacterias/

https://revistageneticamedica.com/crispr/




Realizado por: Elena Calderón Ventura

Nuevas puertas hacia el futuro

Escrito por cienciaenlasnoticias 24-01-2018 en Salud. Comentarios (0)

Navegando por revistas científicas y leyendo artículos de salud, he llegado a una que ha captado toda mi atención. 

Un equipo de la Universidad Johns Hopkins, llamado CancerSEEK, ha desarrollado un test que analiza residuos de células tumorales que circulan en la sangre que se conoce como una biopsia líquida. 


Esto significa nada más y nada menos que la ciencia en salud avanza a pasos agigantados. La biopsia líquida es capaz de detectar ocho de los tipos más frecuentes de cáncer pudiendo detectarlos antes de que causen síntomas y la única solución sea la cirugía. Aunque este método de detección no será eficaz al cien por cien debido a la gran variedad de alteraciones genéticas existentes, este descubrimiento evitará sin duda la muerte de muchas personas, al ser un método de detección precoz, si no que además, al facilitar el seguimiento de los pacientes y disminuir el número de intervenciones, hará que el gasto sanitario sea mucho menor lo que beneficiará la economía. 

Estoy segura que las futuras generaciones de científicos más especializados y gracias a los avances científicos se podrá dar con el test definitivo y el cáncer, una de las enfermedades más temidas, pasará a la historia.

Artículo: http://www.lavanguardia.com/ciencia/20180119/44109536458/test-sangre-deteccion-cancer-diagnostico-tumores-biopsia-liquida.html

Realizado por: Elena Calderón Ventura

Adivinar el cáncer en 10 minutos

Escrito por cienciaenlasnoticias 18-12-2016 en BIOMEDICINA. Comentarios (0)

 Adivinar el cáncer en 10 minutos con firmas metabó

 Investigadores valencianos han identificado una firma metabólica (conjunto de metabolitos presentes en cualquier fluido biológico) que, mediante un simple análisis de sangre y en apenas 10 minutos, podría diagnosticar de forma precoz el cáncer de pulmón no microcítico (CPNM), uno de los más agresivos.

 Al tratarse de una prueba diagnóstica, no invasiva y económicamente accesible también puede ser aplicada para hacer seguimiento de la población de riesgo, como son los fumadores y ex fumadores, según han informado a Efe fuentes de la Conselleria de Sanidad.

 El Centro de Investigación Príncipe Felipe (CIPF), el Instituto de Investigación Sanitaria La Fe (IIS La Fe) y el Hospital General de Valencia han participado en esta investigación sobre la firma metabólica en suero, que ha sido publicada en la revista Oncotarget.

 La firma metabólica, conjunto de metabolitos que se encuentran presentes en cualquier fluido biológico, como la sangre o la orina, es un reflejo del estado fisiológico del individuo y cambia en función de la salud del paciente y de la respuesta a los tratamientos.

 Los investigadores emplearon la Resonancia Magnética Nuclear de Alta Resolución para identificar un conjunto de cinco metabolitos cuya composición difiere entre personas sanas y enfermas.Para los químicos, la Resonancia Magnética Nuclear (RMN) es la herramienta más poderosa para la determinación estructural de las moléculas orgánicas y se pueden deducir de forma rápida, datos sobre la estructura e incluso aspectos tridimensionales de las moléculas con cantidades muy pequeñas de muestra.

 Al mismo tiempo, identificaron otro conjunto de metabolitos que permiten diferenciar estados tempranos y avanzados del cáncer de pulmón.

 La investigación, según las fuentes, confirma que el perfil metabólico de lo pacientes con cáncer de pulmón no microcítico es diferente al de las personas sanas.


 La principal ventaja respecto a este método, es reducir la mortalidad de personas con cáncer ya que se puede saber de forma precoz si se padece de uno.Este método resulta ser realmente eficaz frente a tratamientos del cáncer como la radioterapia,que utiliza rayos que son perjudiciales para nuestro cuerpo, o la cirugía, que en una alta cantidad de casos resulta fallida o se presentan posibilidades de que no de adapte el cuerpo a dicha operación.


Realizado por: Adrián Ayuso Hernández,  miembro del equipo de redacción de cultura científica.

Nueva aportación española sobre la lucha contra el cáncer.

Escrito por cienciaenlasnoticias 08-12-2016 en compuestos. Comentarios (0)

 La Universitat Jaume I de Castellón (UJI) y el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) han patentado nuevos compuestos con una potente actividad anticancerígena en células tumorales que presentan una toxicidad muy baja en células sanas, algo que puede disminuir de manera espectacular los efectos secundarios durante el tratamiento de quimioterapia.

 Los compuestos diseñados tienen efectos terapéuticos especialmente elevados en células tumorales de mama y de colon y pueden ser la base para el desarrollo de fármacos oncológicos de alta selectividad y baja toxicidad, ya que actúan sobre las células enfermas sin afectar a las células sanas. Primeramente los tratamientos antitumorales eran muy poco específicos y provocaban efectos secundarios en otras partes del cuerpo no afectadas por el tumor. Se combatía el cáncer pero a costa de provocar otras patologías asociadas al tratamiento inespecífico. En la actualidad se buscan tratamientos más específicos para cada tipo de cáncer, y estos nuevos compuestos podrían aplicarse a terapias personalizadas que disminuyan los efectos secundarios de los tratamientos oncológicos.

 Además de demostrar una eficiencia especialmente alta para matar células cancerosas y una baja toxicidad sobre las células sanas, los nuevos compuestos también pueden inhibir la expresión de oncogenes (genes que predisponen al cáncer) bloqueando la generación de telomerasa y de otras proteínas relacionadas con la actividad tumoral.


Realizado por: Adrián Ayuso Hernández, miembro del equipo de redacción de cultura científica.

UN MARCADOR GENÉTICO REGULA LA RECUPERACION CEREBRAL TRAS UN ICTUS

Escrito por cienciaenlasnoticias 07-11-2016 en BIOMEDICINA. Comentarios (0)

La recuperación de los pacientes que han sufrido un ictus viene determinada por la genética, según un estudio del Instituto de Investigación Biomédica de Salamanca (IBSAL) que ha sido publicado en la revista Cell Death and Differentiation del grupo Nature. Los investigadores han comprobado que dos variantes de una proteína sirven para determinar el pronóstico funcional tras una hemorragia intracerebral.

Científicos del Instituto de Biología Funcional y Genómica (IBFG, centro mixto del CSIC y la Universidad de Salamanca), pertenecientes también al Instituto de Investigación Biomédica de Salamanca (IBSAL), han descubierto que la información genética determina la mejor o peor recuperación cerebral tras padecer un ictus.

La hemorragia intracerebral se produce cuando se rompe un vaso sanguíneo en el cerebro de forma espontánea no traumática. Este tipo de ictus es el que mayor tasa de mortalidad tiene, ya que el 50% de las personas que lo sufren no sobrevive al primer mes y aquellos que sobreviven tienen un elevado riesgo de padecer secuelas y presentar distintos grados de discapacidad.

Mediante el análisis de un polimorfismo conocido del gen Tp53 humano, esto es, una mutación puntual en el ADN que está presente en un elevado porcentaje de la población, los investigadores del grupo de Almeida han comprobado que las dos variantes de la proteína, p53-Arginina o p53-Prolina, determinan el pronóstico funcional tras un ictus.

Mejorar el pronóstico funcional de los pacientes 

Por un lado, la variante p53-Arginina está asociada a un mal pronóstico y es más efectiva a la hora de inducir la muerte neuronal por apoptosis tras un daño isquémico. Este hecho, previamente demostrado mediante estudios in vitro del grupo de investigación, ha sido constatado ahora en un modelo experimental de hemorragia intracerebral in vivo.

Por otro lado, han descrito por primera vez la asociación entre la variante p53-Prolina y una mejor capacidad para reparar el daño vascular que se produce en el cerebro tras un ictus, lo que implica una mejor recuperación funcional de los pacientes.

El mecanismo descrito implica la participación de progenitores endoteliales que migran desde la médula ósea hasta la zona afectada del cerebro, regenerando el tejido dañado en individuos con p53-Prolina. Todo ello estaría encaminado a promover la reparación cerebral, mejorando así el pronóstico funcional de los pacientes tras sufrir la hemorragia intracerebral.


Realizado por Adrián Ayuso Hernández