Existen enfermidades graves, moi graves, terribles e logo están as mitocondriais. Neste tipo de doenza de orixe xenética son as mitocondrias as que resultan afectadas. Así chamamos os orgánulos das nosas células que se encargan de producir a enerxía necesaria para sobrevivir.
Por iso, se fallan as mitocondrias, as consecuencias son catastróficas. Resultan afectadas todas as células do corpo, os músculos, as neuronas, o corazón, os órganos internos, o sistema inmunitario, a vista, o oído, o cerebro… todo se detén ou queda alterado e é moi difícil sobrevivir.
As enfermidades mitocondriais son raras e heteroxéneas, e a súa severidade depende da porcentaxe de mitocondrias que estean afectadas, dado que nunha persoa poden coincidir mitocondrias sas e danadas. Adoitan presentarse na infancia e, nos casos máis graves, teñen consecuencias fatais. Non hai cura, aínda que algúns tratamentos poden axudar a atrasar os síntomas.
Asociación de bacterias
Habitualmente, herdamos as mitocondrias por vía materna, dado que as que ten o embrión dunha célula derivan esencialmente do óvulo. Grazas á microbióloga Lynn Margulis sabemos que, hai miles de millóns de anos, as mitocondrias eran bacterias que se asociaron con outras bacterias para constituír as primeiras células eucariotas, as células cun núcleo que temos os fungos, as plantas e os animais, por exemplo.
Margulis propuxo a teoría endosimbiótica da orixe das células eucarióticas, pola cal diferentes bacterias se organizaron e aprenderon a vivir conxuntamente, en simbiose. Unha delas deu lugar ao orgánulo subcelular que hoxe coñecemos como a mitocondria, e outras deron lugar ao núcleo da célula ou ao cloroplasto, nas células das plantas.
Debido á súa orixe bacteriana, as mitocondrias teñen un xenoma propio, moi simplificado tras miles de millóns de anos de evolución, dado que a maioría dos xenes que necesita para funcionar acabáronse trasladando ao núcleo da célula. Con todo, aínda retén 16.569 pares de letras nunha molécula de ADN circular (como teñen aínda todas as bacterias). A súa función é codificar información xenética (tan só de 37 xenes) para producir proteínas e ARN esenciais que necesita a mitocondria para seguir xerando enerxía.
Mutación fatal
Naturalmente, unha mutación en calquera destes xenes mitocondriais ten consecuencias devastadoras para a vida da persoa que herde esa alteración xenética. Por iso, as enfermidades conxénitas de orixe mitocondrial, moi pouco frecuentes, son tan graves e poden resultar mortais. As súas complexas manifestacións patolóxicas acaban afectando practicamente todos os órganos e as partes do corpo.
As case todopoderosas CRISPR, descritas inicialmente por Francis Mojica como un sistema de defensa que usan as bacterias para combater os virus que as axexan, e convertidas por Emmanuelle Charpentier e Jennifer Doudna en verdadeiras ferramentas de edición xenética, non poden entrar dentro das mitocondrias. Principalmente, porque as ferramentas CRISPR necesitan unha molécula de ARN guía que dirixa a nucleasa Cas9 ao xene concreto que se quere editar, e é difícil introducir ADN ou ARN nas mitocondrias. Por iso é polo que as ferramentas CRISPR non poden usarse para editar o ADN mitocondrial.
A alternativa TALE
David R. Liu, investigador do instituto BROAD en Boston, sabía das limitacións das CRISPR en mitocondrias e por iso se lle ocorreu unha solución, acudindo ao sistema de edición xenética anterior: as proteínas TALE, derivadas tamén de bacterias que infectan a plantas.
O sistema TALE non necesita ARN para identificar o xene para editar, como fan as CRISPR. Usa unha parte variable destas proteínas para aparearse con secuencias específicas de ADN.
A N de TALEN é a nucleasa do sistema, a que corta o ADN. Pero se soamente se usa a parte TALE (sen a nucleasa), serve para identificar unha secuencia de ADN mitocondrial. Entón só hai que engadirlle un módulo de deaminasa (como, por exemplo, o enzima citidina deaminasa) para crear editores de bases do xenoma das mitocondrias, capaces de cambiar químicamente unha letra C por unha T. Este avance espectacular foi descrito por Liu en 2020.
Dous anos despois, Liu mellorou estes editores mitocondriais relaxando as bases que debían estar nas posicións anexas á que debía ser editada, converténdoos nunhas ferramentas de edición do xenoma mitocondrial moito máis versátiles.
Investigación pioneira
Agora, todos estes coñecementos e extraordinarios desenvolvementos tecnolóxicos previos permitiron a uns investigadores de Utrecht (Países Baixos) utilizar os editores de bases TALE evolucionados de Liu para corrixir, en modelos celulares e organoides, mutacións patoxénicas identificadas no ADN mitocondrial de pacientes. A exploración terapéutica destas ferramentas supón un raio de esperanza para tratar enfermidades conxénitas de orixe mitocondrial.
Neste novo traballo, os investigadores combinan o uso innovador das versións máis evolucionadas dos editores de bases mitocondriais coas nanopartículas lipídicas (as que se desenvolveron para encapsular o ARN mensaxeiro das vacinas contra a covid-19), que lles permiten dirixir os editores ás mitocondrias.
Os científicos tamén aplicaron métodos de última xeración para analizar o que sucedía en cada célula, dado que cada unha pode conter de centos a miles de mitocondrias. Así puideron comprobar que a eficiencia de modificación oscilaba entre o 0% e o 80%, con diferentes niveis de heteroplasmia (mestura de mitocondrias intactas e editadas/corrixidas).
Edicións non desexadas
O principal risco da edición xenética, nas súas diferentes variantes, é acabar editando xenes distintos aos planeados. A análise de edicións noutras secuencias non desexadas do ADN nuclear e do ADN mitocondrial produciron resultados non significativos (no ADN nuclear) ou cambios inesperados (no mitocondrial) cuxa relevancia estaba asociada á porcentaxe de edición no xene seleccionado. As posibles consecuencias destas mutacións non desexadas deberán ser investigadas en detalle para poder garantir a seguridade de futuros tratamentos.
De calquera xeito, este traballo é certamente relevante, pois abre as portas para tratar as gravísimas enfermidades conxénitas mitocondriais, ata o de agora incurables, mediante o uso combinado de diversas tecnoloxías de última xeración.
Cláusula de divulgación: Os contidos desta publicación e as opinións expresadas son exclusivamente as do autor e este documento non debe considerar que representa unha posición oficial do CSIC nin compromete o CSIC en ningunha responsabilidade de calquera tipo.
Este artigo deriva dunha reacción do autor publicada inicialmente en Science Media Centre España.
