Análisis de los costes y beneficios de los sistemas CRISPR-Cas
Los sistemas CRISPR-Cas constituyen el mecanismo de defensa natural de los procariotas (bacterias y arqueobacterias). Cuando un elemento genético exógeno, como un virus, infecta a uno de estos microorganismos, la célula toma un fragmento del ADN del invasor y lo incorpora a su propio genoma. Si un invasor similar intenta infectarla de nuevo, se activa la alarma y corta su ADN, neutralizando así la amenaza. Estos sistemas se conocen bastante bien y se han adaptado para la tecnología de edición genética (además de haber sido estudiados por su capacidad para combatir infecciones bacterianas). Así las cosas, se desconocen sus costes y beneficios para los organismos hospedadores. «Sabemos que, en algunos microorganismos, los sistemas CRISPR-Cas constituyen un mecanismo de defensa muy eficaz contra los virus, pero en otros carecen de eficacia», comenta Uri Gophna(se abrirá en una nueva ventana), catedrático en la Facultad de Biología Celular Molecular y Biotecnología de la Universidad de Tel Aviv. A lo que agrega: «Y, aun así, se han mantenido a lo largo de la evolución, por lo que sin duda contar con ellos debe conferir ventajas adicionales». En el proyecto CRISPR-EVOL(se abrirá en una nueva ventana), financiado por el Consejo Europeo de Investigación(se abrirá en una nueva ventana), Gophna y su equipo utilizaron técnicas de genómica a gran escala y evolución experimental para analizar algunos de los costes y beneficios de estos sistemas. «Uno de los beneficios es una recuperación más rápida del daño en el ADN, lo cual hemos demostrado», comenta Gophna. «El hecho de que los sistemas CRISPR-Cas proporcionen una ventaja en la reparación del ADN ayuda a explicar por qué se mantienen incluso ante presiones virales bajas, a pesar de que conllevan ciertos “costes de mantenimiento”, debidos, por ejemplo, a la autoinmunidad».
Cuantificación de nuevos patrones de recombinación del ADN
En el proyecto se investigó cómo los sistemas CRISPR-Cas modifican los patrones de recombinación del ADN, el proceso mediante el cual se crean nuevas combinaciones de material genético, y se examinó cómo las proteínas asociadas a CRISPR ayudan a la reparación del ADN celular. La investigación incluyó el desarrollo de «ensayos de apareamiento», en los que se mezclan dos cepas parentales sobre filtros y, a continuación, se trasladan a un medio en el que solo pueden crecer si ha tenido lugar un proceso de apareamiento satisfactorio, que resulta en el intercambio de ADN. «Esto posibilita cuantificar la eficiencia del apareamiento en presencia o ausencia de la acción del sistema CRISPR-Cas», esclarece Gophna.
Aprovechar el potencial de las arqueobacterias en la biotecnología verde
Los sistemas CRISPR-Cas pueden detener la transferencia horizontal de genes (intercambio genético entre organismos que coexisten en un mismo entorno), lo que se pensaba que reducía la diversidad genética. No obstante, el equipo del proyecto CRISPR-EVOL demostró que esto no es así. «Demostramos que si bien la acción específica de CRISPR-Cas(se abrirá en una nueva ventana) limita el intercambio de ADN entre especies lejanas, en realidad aumenta la recombinación dentro de la misma especie entre distintas cepas», explica Gophna. «También observamos que algunos virus crónicos pueden suprimir por completo los sistemas CRISPR-Cas y, de este modo, persistir indefinidamente en el hospedador, ya que no se genera memoria inmunitaria CRISPR contra ellos», apunta Gophna. Al eliminar un virus que infecta de manera crónica a una arqueobacteria halófila(se abrirá en una nueva ventana), se obtuvo una cepa con una tasa de crecimiento y rendimiento notablemente mejores. «Este método se ha patentado y esperamos que abra nuevos mercados para las haloarqueas en la biotecnología verde», indica Gophna.
Estudio de otros sistemas de defensa de la naturaleza
Los investigadores continuarán estudiando los aspectos evolutivos de los sistemas CRISPR-Cas, sobre todo algunos ejemplos fascinantes en los que dos sistemas codificados por elementos genéticos distintos coexisten en la misma célula. También han ampliado su enfoque a otros sistemas de defensa. «No solo estudiamos los efectos sobre el intercambio de genes entre cepas, sino también la evolución de la complejidad, es decir, cómo distintos componentes comienzan a colaborar y forman un sistema», concluye Gophna. «Ya hemos demostrado que los componentes individuales pueden beneficiar al hospedador, tanto en los sistemas CRISPR-Cas como en los sistemas CBASS(se abrirá en una nueva ventana), pero esto es solo la punta del iceberg».
