Un grupo de investigación internacional reconstruíu por primeira vez devanceiros do coñecido sistema CRISPR Cas de fai 2.600 millóns de anos e estudou a súa evolución ao longo do tempo. Os resultados, publicados na revista Nature Microbiology, apuntan a que os sistemas revitalizados non só funcionan, senón que son máis versátiles que as versións actuais e poderían ter “aplicacións revolucionarias” na edición xenética e tratamento de enfermidades, sinalan os autores.
No proxecto, dirixido polo investigador Ikerbasque de CIC nanoGUNE Rául Pérez-Jiménez, participan equipos do CSIC, a Universidade de Alacante, o Centro de Investigación Biomédica en Rede de Enfermidades Raras (CIBERER) e outras institucións estatais e internacionais.
O acrónimo CRISPR é o nome dunhas secuencias repetitivas presentes no ADN de bacterias e arqueas (organismos procariotas). Entre as repeticións, estes microorganismos albergan fragmentos de material xenético de virus que infectaron aos seus antepasados, o que lles permiten recoñecer se se repite a infección e defenderse cortando o ADN dos invasores mediante proteínas Cas asociadas a estas repeticións.
As tesoiras moleculares CRISPR Cas permiten hoxe en día cortar e pegar anacos de material xenético en calquera célula, o cal fai posible a súa utilización para editar o ADN.
Os esforzos de investigación actuais céntranse en atopar novas versións de sistemas CRISPR Cas con propiedades distintas nos lugares máis recónditos do planeta. Para isto, explóranse sistemas de diferentes especies que habitan en contornas extremas ou se aplican técnicas de deseño molecular para modificalos. Unha forma radicalmente diferente de atopar novos sistemas é buscalos no pasado, que é precisamente a base desta investigación.
Reconstrucións de proteínas e xenes de organismos extintos
O grupo de Nanobiotecnoloxía de nanoGUNE, liderado por Raúl Pérez-Jiménez, leva anos estudando a evolución das proteínas desde a orixe da vida até os nosos días. Realizan reconstrucións ancestrais de proteínas e xenes de organismos extintos para observar que calidades teñen e se son utilizables en aplicacións biotecnológicas.
É unha viaxe no tempo levado a cabo por medio de técnicas bioinformáticas. No novo traballo lograron reconstruír por primeira vez a historia evolutiva dos sistemas CRISPR Cas, desde devanceiros de fai 2.600 millóns de anos até a actualidade.
O equipo de investigación realizou a reconstrución informática das secuencias CRISPR ancestrais, sintetizounas e estudou e confirmou a súa funcionalidade.
“Resulta sorprendente que podamos revitalizar proteínas Cas que deberon existir fai miles de millóns de anos e constatar que xa tiñan entón a capacidade de operar como ferramentas de edición xenética, algo que confirmamos na actualidade editando con éxito xenes en células humanas”, explica Lluís Montoliu, investigador do Centro Nacional de Biotecnoloxía do CSIC (CNB-CSIC) e do CIBERER, e responsable do grupo que ha validado funcionalmente estas Cas ancestrais en células humanas en cultivo.
Aplicacións novas con sistemas arcaicos
Outra interesante conclusión do estudo é que o sistema CRISPR Cas vai ir facéndose máis complexo ao longo do tempo, o cal é un sinal do carácter adaptativo do mesmo, xa que se amoldará ás novas ameazas de virus que as bacterias sufriron ao longo da evolución.
“Esta investigación supón un extraordinario avance no coñecemento sobre a orixe e evolución dos sistemas CRISPR Cas. En como a presión selectiva dos virus foi puíndo ao longo de miles de millóns de anos unha maquinaria rudimentaria, pouco selectiva nos seus inicios, até convertela nun sofisticado mecanismo de defensa capaz de distinguir con gran precisión o material xenético de invasores indeseados que debe destruír, do seu propio ADN que debe preservar”, engade o investigador da Universidade de Alacante e descubridor da técnica CRISPR Cas, Francis Mojica.
Na vertente aplicada, “o traballo representa unha forma orixinal de abordar o desenvolvemento de ferramentas CRISPR para xerar novos instrumentos e mellorar as derivadas dos existentes en organismos actuais“, engade Mojica.
“Os sistemas actuais son moi complexos e están adaptados para funcionar dentro dunha bacteria. Cando o sistema se emprega fóra desa contorna, por exemplo, en células humanas, o sistema inmune provoca un rexeitamento e existen ademais determinadas restricións moleculares que limitan o seu uso. Curiosamente, nos sistemas ancestrais algunhas destas restricións desaparecen, o que lles confire unha maior versatilidade para novas aplicacións“, recalca Pérez-Jiménez.
Pola súa banda, Miguel Angel Moreno, xefe do servizo de Xenética do Hospital Ramón e Cajal e investigador do CIBERER, apunta que “a inxenuidade que podía ter unha nucleasa ancestral, en canto a que non recoñece tan especificamente algunhas rexións do xenoma, convértea nunha ferramenta máis versátil para corrixir mutacións que até agora eran non editables ou se corrixían de maneira pouco eficiente”.
O seu grupo desenvolveu a ferramenta, que permitiu caracterizar, mediante secuenciación masiva e análise bioinformático, o efecto da edición do xenoma producido por Cas ancestrais en células humanas en cultivo.
Ylenia Jabalera, investigadora do proxecto en nanoGUNE, sostén que “este logro científico fai posible dispor de ferramentas de edición xenética con propiedades distintas ás actuais, moito máis flexibles, o cal abre novas vías na manipulación de ADN e tratamento de enfermidades, tales como ELA, cancro e diabetes, ou mesmo como ferramenta de diagnóstico”.
