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ALIANZA UCDAVISChile+MUNDOAGRO
UN CORTE
EN LA HISTORIA
La edición génica permite modificar regiones específicas dentro de un
individuo y transferir esta modificación a su progenie. La revolución que
promete la técnica CRISPR-Cas9 y las polémicas a su alrededor.
Álvaro Castro, Ph.D.
Investigadores chinos han informado de la
utilización de la edición de genes para crear
una variedad de trigo que resiste al oídio.
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DIC 2016
Coordinador Programa de Genética
Molecular /Genómica
U. de California, Davis en Chile
(UC Davis Chile)
na historia puede ser contada desde diferentes
aristas. En el caso de la
agricultura, una de las más
antiguas, y al mismo tiempo vigentes, es cómo hemos ido modificando
y adaptando las especies y variedades de plantas que hoy identificamos
como componentes habituales de
nuestra dieta. Sorprende el hecho de
que las hortalizas, frutas y cereales
que hoy componen nuestra canasta
básica de alimentos, hace menos de
500 años no existían con las características nutricionales y organolépticas
que hoy conocemos.
Para conseguir esto pasamos
de la domesticación de las especies
hacia la obtención de individuos con
características específicas, mediante
herramientas de cruza sexual dirigida,
que constituyeron la base de los programas de mejoramiento modernos.
Además, comenzamos a introducir
cambios en la información genética
(inducción de mutaciones) contenida
en las diversas especies cultivadas y,
de esta manera, aceleramos procesos
que de forma natural hubiesen tomado siglos o quizás milenios.
En las últimas décadas desarrollamos una serie de herramientas
que nos han permitido manipular la
información contenida en las diversas
especies. Incluso aprendimos a transferir esta información de una especie
a otra a través de la transgenia, sobrellevando una de las barreras más difíciles impuestas por los mecanismos
normales de cruza sexual.
Con estas herramientas, conocidas de manera más general como
ingeniería genética, hemos generado
una serie de nuevas variedades que
responden a las necesidades de una
industria agrícola basada en el uso de
agroquímicos. Por esta razón existe
a nivel de los consumidores, y en un
importante porcentaje de la opinión
pública, la percepción de que este tipo
de técnicas sólo benefician a la industria y no reportan ningún beneficio al
consumidor final.
SISTEMAS DE EDICIÓN GÉNICA
Durante siglos hemos escrito una
historia genética de selección continua de individuos mejor adaptados
a las características requeridas de
manejo, rendimiento y calidad. Para
responder a los desafíos futuros de
aumento significativo de rendimientos y ajuste a las condiciones ambien-
ALIANZA UCDAVISChile+MUNDOAGRO
Jennifer
Doudna y
Emmanuelle
Charpentier,
que solicitaron
la patente por
Crispr en 2012.
Fotografía:
©FPA
tales cada vez más adversas en términos de disponibilidad de agua y temperaturas promedio en aumento, esta
historia necesitaría ser modificada.
Hoy en día gracias a los sistemas
de edición génica es posible plantear
la modificación de regiones específicas dentro de un individuo y transferir esta modificación a su progenie.
Una de las herramientas de edición de
genes que parece la más versátil para
su uso en plantas es CRISPR-Cas9.
Originalmente fue descrita
por el grupo de Jennifer Doudna
(Universidad de California, Berkeley,
en Estados Unidos) como un sistema
de defensa en bacterias que actúa en
contra de los virus que naturalmente
las infectan (fagos). Este mecanismo
de defensa le permite a la bacteria
almacenar parte de la información
genética del virus en una librería llamada CRISPR. De esta manera, cuando el mismo virus re-infecta a dicha
bacteria, ésta es capaz de movilizar
y dirigir una endonucleasa llamada
Cas9 que cortará el ADN viral.
En el año 2012, Doudna y sus
colegas comenzaron a trabajar en la
utilización de este sistema en otras
especies y visualizaron el amplio
espectro de esta herramienta, que
puede ser utilizada prácticamente
en cualquier especie. Estas diversas
aplicaciones son posibles gracias a los
muchos tipos de edición que permite CRISPR, como hacer mutaciones
precisas mediante la sustitución de
las secuencias de ADN existentes con
LA BATALLA LEGAL EN TORNO A LA TECNOLOGÍA
Prominentes científicos han desatado una verdadera batalla legal por la
presentación de una serie de solicitudes de patentes de invención relacionadas con el perfeccionamiento
de métodos de edición de genes a
través de CRISPR-Cas9.
Jennifer Doudna, de la U. de
California, Berkeley, presentó su
solicitud de patente para la tecnología CRISPR en mayo de 2012 después de elucidar los mecanismos
y componentes clave del sistema
CRISPR-Cas9 junto con Emmanuelle
Charpentier.
El biólogo Feng Zhang, del
Instituto Broad Harvard y MIT, realizó una solicitud de patente similar
en 2013. Pero pidió un proceso de
revisión rápido, recibiendo la patente oficial en abril de 2014. Desde
entonces a Zhang se le han otorgado patentes adicionales sobre la
tecnología.
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DIC 2016
Ambos afirman haber inventado la tecnología, lo que condujo
a una demanda de “interferencia”
legal, que debe ser resuelta por la
Oficina de Patentes y Marcas de los
Estados Unidos. Es probable que el
proceso dure años, con apelaciones
que retrasen aún más la resolución.
También se esperan desafíos a las
patentes presentadas internacionalmente, como ante la Oficina
Europea.
Eric Lander, del MIT, publicó recientemente “The heroes of
CRISPR”, Cell, 164(1-2), que coloca esta disputa en perspectiva.
El artículo encendió una nueva
controversia porque subestimó
el papel de una de las partes en la
disputa de patentes, la de Jennifer
Doudna y Emmanuelle Charpentier,
mientras que considera la parte de
Feng Zhang, como la que verdaderamente culminó el desarrollo de
esta tecnología. Algunos científicos
acusaron a Lander de inexactitudes
tendenciosas y de intentar torcer la
historia de una manera que favorece
el argumento legal (y el interés económico) de Zhang.
Irónicamente, el artículo podría
leerse como un argumento en contra de cualquier reclamo particular a
las patentes CRISPR, ya que implícitamente cuestiona la imparcialidad
de conceder derechos exclusivos
a una invención. Lander cuenta la
génesis de CRISPR como un proceso que se extiende a través de
dos décadas, cuyos protagonistas
son una serie de investigadores de
diversos países que contribuyeron
al conocimiento acumulativo que
desarrolló el método. El propio título de la obra de Lander, “The heroes
of CRISPR”, pone de manifiesto que
la tecnología no tiene un único autor,
sino una pluralidad de éstos.
los deseados (recombinación homóloga). Puede desactivar genes enteros
cortándolos o realizando reparaciones imprecisas que eliminan la función génica debido a la alteración en
el marco de lectura del gen, proceso
conocido como reparación no homóloga (constituye el principal mecanismo de acción en plantas). La enzima
Cas9 en sí puede ser manipulada para
aumentar o suprimir la expresión génica, una forma poderosa de controlar
los genes sin ningún tipo de edición
per se.
En tan sólo tres años esta técnica
ha sido ampliamente utilizada con
numerosos ejemplos de mutagénesis dirigida y regulación dirigida de la
expresión de genes, tanto en plantas
modelo (Arabidopsis thaliana) como
en cultivos, lo que demuestra claramente los aspectos revolucionarios
de este nuevo sistema.
Los avances recientes en el uso
de técnicas de biología molecular en
estudios celulares y de biología del
desarrollo en plantas han generado
una larga lista de posibles genes susceptibles de ser modificados, cuya
inactivación o supresión por tecnologías de edición de genes podría
generar rasgos agrícolas altamente
deseables. Por ejemplo, recientemente se ha editado un gen perteneciente
a una familia de seis polifenol oxidasas
para lograr disminuir el pardeamiento de un hongo comestible (Agaricus
bisporus) y de esta manera prolongar
la vida útil del producto, además de
mejorar su valor y atractivo para los
consumidores.
GENÉTICA DIRIGIDA
Para el control de plagas ha sido
propuesto el uso de CRISPR a través de un sistema conocido como
genética dirigida. Este concepto
fue teorizado en los años ‘40s, pero
ahora fue posible su implementación.
Básicamente, esta técnica busca estimular una herencia sesgada de genes
particulares para alterar la población
entera. El principal requisito para su
utilización es que la especie modificada se reproduzca sexualmente.
En el mencionado caso de control
de plagas, los sistemas de transmisión génica que permiten la herencia
súper mendeliana (una segregación
en la población superior a un 50%)
de un transgén tienen el potencial de
modificar las poblaciones de insectos
durante unos pocos años.
Hace más de una década fue propuesto que los sistemas de genética
dirigida pueden utilizar endonucleasas
ALIANZA UCDAVISChile+MUNDOAGRO
El biólogo
Feng Zhang,
del Instituto
Broad Harvard
y MIT, quien
realizó una
solicitud
de patente
en 2013.
Fotografía:
MIT/ Bryce
Vickmark.
sitio específicas para introducir nuevos rasgos en una población. La especificidad y la flexibilidad del sistema
CRISPR-Cas9 ofrece oportunidades
sin precedentes para acelerar el desarrollo de este sistema para el control de
insectos vectores de enfermedades.
De hecho, esta técnica ha sido propuesta como estrategia para el control
de Anopheles gambiae, el mosquito
vector de la malaria (figura 1).
Para los programas de mejoramiento, CRISPR constituye una herramienta que aumenta la probabilidad
de éxito en la obtención de individuos
con fenotipos mejorados, sin que ocurran pérdidas de las características
originales de los individuos utilizados.
Usando técnicas genómicas, los fito-
Figura 1
Adaptado de ABC Science News
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mejoradores pueden identificar el gen
exacto de resistencia, por ejemplo,
a oídio y luego encontrar la versión
correspondiente menos eficaz en la
variedad comercial, que puede ser editado para que coincida perfectamente
con el gen más efectivo. Así, la nueva
variedad comercial modificada será
idéntica en todos los aspectos relevantes y equivalente a una variedad
generada a partir de una cruza convencional. De hecho, investigadores
chinos han informado de la utilización
de la edición de genes para crear una
variedad de trigo que resiste al oídio.
REGULACIONES
Dado que no hay diferencia entre
las variedades genéticamente modi-
ficadas con sistemas de edición y las
convencionales, tampoco debería
existir en cómo se regulan. Sin embargo, este es un tema que causa controversia y ha sido abordado con miradas
distintas según el sistema de regulación del que estemos hablando.
Por ejemplo, el Departamento de
Agricultura de los Estados Unidos
(USDA) determinó en abril de este año
que el mencionado hongo genéticamente modificado (no transgénico),
no requiere de su aprobación para ser
liberado. De esta forma, se convierte en el primer organismo editado
mediante el uso de CRISPR en recibir
luz verde por el sistema de regulación
estadounidense.
En cambio, la comunidad europea
lleva varios años analizando el estatus
que tendrán estas nuevas tecnologías.
A pesar de que las indicaciones técnicas han sido claras en señalar que los
sistemas de edición de genes, incluido
CRISPR-Cas9, producen un cambio
genético en el producto que no puede
ser detectado por los métodos analíticos actuales ni puede distinguirse de
aquellos producidos por las técnicas
de mejoramiento convencionales o
por la variación genética natural, aún
no existe una directiva clara respecto
a estas tecnologías.
Algunas conclusiones relevantes
del consejo asesor de academias científicas europeas (Easac) acerca de las
nuevas técnicas de mejoramiento,
incluidas las de edición de genes son:
• Como resultado del rápido
ritmo de avance en la secuenciación
y caracterización de las funciones de
los genes de las plantas, las nuevas
técnicas de mejoramiento permiten
cambios específicos, más precisos y
fiables en los genomas en la adición,
extracción o reemplazo de ADN en
lugares específicos.
• Los riesgos y beneficios de la
nueva variante de la planta están
determinados por los cambios introducidos, no por el método empleado
para conseguirlos.
• A diferencia de la mutagénesis
química o inducida por radiación, que
se utiliza tradicionalmente como base
para el mejoramiento de cultivos, las
nuevas técnicas son menos propensas a crear mutaciones múltiples,
desconocidas e involuntarias en todo
el genoma. Además, estas nuevas técnicas no darán como resultado ADN
foráneo en el producto.
El mismo consejo advierte que la
complejidad y los costos derivados de
la normativa sobre organismos genéticamente modificados son tan altos
que pueden ser asumidos únicamente
por grandes empresas, y sólo para cultivos extendidos, como maíz, soya y
arroz. Si estos reglamentos también se
aplican a las nuevas técnicas de mejoramiento, el sector comercial actual
(en su mayoría pequeñas y medianas
empresas) no podrá utilizarlas e innovadoras variedades de cultivos no
extensivos no verían la luz.
En conclusión, las técnicas de
edición de genes, particularmente
CRISPR-Cas9, pueden jugar un rol
protagónico en el desarrollo de nuevas
variedades con características orientadas al beneficio directo de los consumidores, como disminución de com-
puestos alérgenos o trigos con menor
contenido de gluten. Sin embargo, los
altos costos relacionados con la aplicación de pruebas de inocuidad, como
las que actualmente son aplicadas a
los cultivos transgénicos, podría limitar la práctica de estas tecnologías.
¿Qué tan lejos estamos de esta
tecnología? Como UC Davis Chile
tenemos contacto directo con investigadores del campus de Davis de la U.
de California, como también a sus otro
nueve campus, incluido Berkeley, uno
de los creadores de CRISPR-Cas9. En
general, UC Davis Chile constituye un
puente tecnológico para acercar estas
nuevas herramientas de edición genética al desarrollo de iniciativas que
busquen crear cultivos que responden
a las exigencias de rendimiento, inocuidad y calidad exigidas por mercados internacionales.