INSERTAN UN GIF EN EL ADN DE UNA BACTERIA: SISTEMA CRISPR/Cas

Los GIFs están a la orden del día y cada vez estamos más habituados a usarlos en whatsapp, en twitter… Este formato de imagen ya está integrado en nuestro día a día y ahora un grupo de científicos de la Universidad de Harvard ha conseguido introducir también uno de ellos en el ADN de una Escherichia coli, algo que era impensable hasta el momento.

En pocas palabras, lo que han hecho ha sido reducir el GIF de un caballo galopando a unos 900 píxeles en diferentes tonos de gris, codificar cada uno de ellos en eslabones de ADN e insertarlos en el código genético de una bacteria. Finalmente, esperaron a que la célula bacteriana se reprodujera, extrajeron el ADN de uno de sus descendientes y lo secuenciaron. Al descodificarlo, sorprendentemente, podían volver a observar el mismo GIF, solo que con un 10% menos de calidad.

Ahora bien, nos podemos preguntar: ¿para qué puede servir, en este caso, insertar un GIF en el material genético de una bacteria? Probablemente este avance pueda permitirnos usar bacterias como pequeñas cámaras de vídeo, accediendo a información de lugares a los que no podríamos llegar de otra manera. Por lo tanto, esto puede servir no solo para codificar información que ya tenemos, sino para llegar a información desconocida hasta el momento. Incluso podrían reportarnos el instante en el que fue grabada dicha información. En definitiva, puede constituir un camino para comprender mejor el cuerpo humano.

Cabe destacar que, para introducir esa información del GIF en el cromosoma bacteriano y llegar a este avance, ha sido fundamental el uso de la técnica de edición genómica CRISPR/Cas, que deriva de un sistema inmune presente en las bacterias para defenderse de la invasión de virus o plásmidos. Este sistema consta de una proteína Cas9 y un ARN guía, el cual consta de tan solo 20 bases nitrogenadas y es barato y fácil de diseñar. El funcionamiento es el siguiente: cuando el complejo CRISPR formado por ambos componentes encuentra un punto de la doble hélice en el que coincide el ARN guía, se inserta ente las dos cadenas, la proteína Cas9 corta y, a continuación, la célula procede a su reparación mediante dos posibles vías. Una de ellas simplemente vuelve a unir las dos partes de nuevo, por lo que no es muy eficaz. La segunda vía, en cambio, es mucho más interesante, ya que se requiere un fragmento de ADN homólogo. Aquí es donde podemos intervenir, ya que es posible poner otro ADN de interés que tenga homología en ambos extremos aunque sea diferente en el medio. Además, lo especial de este sistema radica en que podemos cortar e insertar un fragmento justo en el punto que queramos. Por este motivo, este sistema resulta enormemente prometedor y puede ser una vía para nuevos avances.

El científico español Francisco J. M. Mojica, uno de los mayores partícipes del descubrimiento de este sistema al ser el primero en estudiar las secuencias CRISPR, habla así sobre su repercusión: "Con los sistemas CRISPR/Cas estamos inmersos en una revolución que amenaza con cambiarnos la vida, incluso más que Internet o el teléfono móvil, pero desde un punto de vista más saludable. Se prevé que estos sistemas puedan curar enfermedades hasta ahora intratables."

La única "pega" que se le puede poner a esta tecnología CRISPR son las consideraciones éticas que le rodean, ya que también podría ser utilizada para la edición de la línea germinal en humanos con un riesgo de consecuencias indeseadas que, en caso de suceder, se podrían transmitir a la descendencia. Por lo tanto, dado el desconocimiento al respecto hasta el momento, se advierte racionalizar su uso, pero la experiencia nos anima a verlo claramente como una potente herramienta para mejorar la calidad de vida más que como un riesgo.

Entre otras aplicaciones del sistema CRISPR/Cas que ya se están llevando a cabo, se encuentran: mosquitos modificados genéticamente para que no puedan transmitir la malaria, eliminación de genes dañinos en cerdos para poder trasplantar sus órganos a personas y control de los genes específicos de las bacterias que las hacen resistentes a antibióticos.

Sin embargo, se prevén muchas más utilidades. El tiempo nos dará la respuesta sobre el alcance de este prometedor sistema CRISPR/Cas. Veremos lo que nos depara el futuro. Por ahora, las posibilidades parecen ser inimaginables.

UN NUEVO AVANCE EN LA INVESTIGACIÓN DEL ALZHEIMER: CÓMO SE FORMAN LAS PLACAS AMILOIDES

El lunes 18 de julio, en la revista Nature Physics, aparecía una esperanzadora noticia científica: investigadores del departamento de Química de la Universidad de Cambridge, dirigidos por Andela Saric, han descubierto que se puede controlar la rápida aparición de las placas amiloides del alzheimer en el cerebro, las cuales se depositan preferentemente en el hipocampo y en las áreas parietotemporales de la corteza cerebral.

Estas placas culpables de la enfermedad del alzheimer empiezan a desarrollarse en las áreas de la memoria y se van propagando gradualmente por otras áreas, impidiendo la comunicación entre neuronas. La característica especial de estas fibras proteicas amiloides implicadas en esta enfermedad neurodegenerativa es la capacidad de replicación sin necesidad de una maquinaria celular compleja. Sin embargo, aún faltaba por saber cómo podían hacerlo sin ayuda alguna y ha sido en la universidad de Cambridge, donde utilizando simulaciones por ordenador y experimentos en laboratorio, han conseguido dilucidar los elementos imprescindibles para que esto sea posible.

La respuesta a la pregunta de por qué el alzheimer aparece en edad avanzada puede estar precisamente en la manera en la que se forman estas fibrillas, aunque cabe destacar que los cambios que se producen en el cerebro empiezan a nivel microscópico mucho antes de que se manifiesten los primeros síntomas de pérdida de memoria. La clave está en que la síntesis de las fibrillas es muy lenta en el período inicial. Sin embargo, a continuación estas fibras empiezan a multiplicarse velozmente, a entrelazarse unas con otras y dan lugar a dichas placas que se extienden mucho más rápidamente que al principio, lo que la convierte en una enfermedad difícil de controlar. Dicho proceso tiene su base en un simple mecanismo físico consistente en la formación de proteínas sanas sobre la superficie de las fibrillas ya creadas, de modo que la velocidad de replicación de las fibrillas va aumentando conforme se van depositando más proteínas.

Por lo tanto, si controlamos la creación de proteínas sanas sobre las fibrillas, podríamos limitar la autorreplicación y la expansión de las placas amiloides en los pacientes con alzheimer.

Esta formación de fibrillas de amiloides asociada a la autorreplicación de proteínas capaces de autoensamblarse no es, sin embargo, una característica exclusiva de las proteínas beta amiloide del alzheimer, sino que también sucede algo similar en la alfa-sinucleína responsable de la enfermedad del Parkinson y en la diabetes de tipo II, en la que el péptido amiloide se encuentra en los islotes de Langerhans del páncreas productores de insulina.

La proteína beta-amiloide responsable del alzheimer es un péptido de 39 a 42 aminoácidos que se origina a partir de la proteína precursora del amiloide (APP), presente en las dendritas, cuerpos celulares y axones de neuronas, por acción de peptidasas llamadas secretasas. La APP es sintetizada en el RER, es glicosilada en el aparato de Golgi y liberada como una proteína transmembrana. Al parecer, la beta-amiloide carece de toxicidad cuando se encuentra aislada, pero al agruparse consigo misma y dar cúmulos de dicha proteína como las fibras mencionadas anteriormente, sí que se vuelve dañina.

Sin embargo, las lesiones neuropatológicas originadas por el alzheimer tampoco se dan únicamente por las placas de beta-amiloide, sino también por la aparición de ovillos interneuronales constituidos por neurofibrillas de filamentos enrollados de la proteína tau citoesquelética que se acumulan en el citoplasma de las neuronas degeneradas. Dichos filamentos de proteína tau se enredan y contribuyen al desarrollo de la enfermedad del alzheimer cuando se hiperfosforilan o se fosforilan de manera anormal por acción de quinasas como la PKN. En cambio, un aumento o activación de las fosfatasas que promuevan la desfosforilación podría, por tanto, revertir este estado y prevenir o detener el alzheimer.

La proteína tau de la que hablamos pertenece a las MAP o familia de proteínas asociadas a microtúbulos y su función es estabilizarlos y proporcionar una vía dentro de las neuronas para la eliminación de proteínas no deseadas y tóxicas, entre las que se encuentran las agrupaciones de beta-amiloide, y evitar así que se acumulen. Esta proteína tau, localizada en las neuronas del SNC y también, en una pequeña proporción, en los astrocitos y oligodendrocitos del mismo, proceden del splicing (proceso de corte y empalme del ARN) de un único gen llamado MAPT (Proteína Tau Asociada a los Microtúbulos) localizado en el cromosoma 17.

Además, muchos estudios han llevado a pensar que existe también una proteína asociada al alzheimer de aparición tardía llamada apolipoproteína E (APOE), la cual se convierte en un factor de riesgo cuando se encuentra con el alelo APOE-4 en homocigosis. La apolipoproteína E tiene como función unir, internalizar y catabolizar lipoproteínas ricas en triglicéridos y es codificada por un gen que se encuentra en el cromosoma 19, por lo que la presencia de este gen aumenta la probabilidad de que la persona padezca la enfermedad. Es por ello que el alzheimer posee un importante factor genético y el hecho de tener antecedentes familiares incrementa el riesgo de padecerlo.

El alzheimer, la forma más común de demencia, es una enfermedad cerebral neurodegenerativa que afecta a la memoria, al pensamiento y al comportamiento, suponiendo un declive progresivo de las funciones cognitivas con el paso del tiempo. Suele aparecer en edad tardía, a partir de los 60 o 65 años, afectando a uno de cada nueve individuos que forman parte de este grupo de población. La enfermedad toma su nombre del neurólogo alemán Alois Alzheimer, que identificó por primera vez en 1906 los síntomas de esta enfermedad en una mujer fallecida que la padecía.

En verdad, hasta hace 30 años sabíamos muy poco sobre esta enfermedad, pero desde entonces se han logrado numerosos avances y nos vamos acercando a ese día en el que podamos prevenirla. En esta investigación de la enfermedad del alzheimer, tiene y ha tenido un papel esencial la Alzheimer’s Association, que es la organización sin ánimo de lucro más importante que la financia, con una aportación ya de más de 340 millones de dólares. Un factor transcendente a tener en cuenta a la hora de hablar sobre la importancia que ha adquirido esta enfermedad en los últimos años es el aumento de la esperanza de vida, que ha hecho que el alzheimer deje de ser una enfermedad rara y de poco interés científico, puesto que antes poca gente llegaba a alcanzar la edad de riesgo, para convertirse en la enfermedad que encabeza la investigación biomédica. A la espera de conseguir un mejor conocimiento aún de la enfermedad neurodegenerativa que nos lleve a descubrir algún tratamiento eficaz, cabe destacar hasta el momento los avances logrados durante todo este tiempo en nuestro empeño por entender cómo el alzheimer afecta al cerebro y muchos estudios que nos han llevado a pensar que seguir una dieta saludable, mantenerse activo física, mental y socialmente y evitar malos hábitos como el tabaco y el alcohol pueden reducir el riesgo de desarrollar alzheimer. Como siempre, llevar una vida sana vuelve a ser muy importante.