Els científics ens revelen els múltiples usos de l'edició genètica amb CRISPR
Què tenen en comú les malalties infeccioses, els limfòcits T, els tomàquets, la insuficiència cardíaca, l’anèmia de cèl·lules falciformes i la collita de melca?
Els mòbils intel·ligents, la pega superresistent, els cotxes elèctrics, les videotrucades: ¿en quin moment una novetat tecnològica et deixa de meravellar? ¿Quan t’acostumes tant a la seva presència que deixes de pensar-hi? ¿Quan apareix alguna cosa més nova i millor? ¿Quan t’oblides de com eren les coses abans?
Sigui quina sigui la resposta a aquestes preguntes, la tècnica d’edició genètica CRISPR encara no ha arribat a aquest punt. Deu anys després que Jennifer Doudna i Emmanuelle Charpentier presentessin el seu descobriment al món, aquesta tècnica continua inspirant projectes científics ambiciosos i debats ètics complexos; continua obrint noves vies per a l’exploració i donant un nou impuls a antics estudis. Els bioquímics hi recorren, com també altres científics: entomòlegs, cardiòlegs, oncòlegs, zoòlegs, botànics... Tot i que continua meravellant aquests investigadors, l’engrescament davant d’una novetat total ha deixat pas a un gran ventall de possibilitats i projectes actualment en curs. A continuació en presentem uns quants.
La reina dels tomàquets
La Dra. Cathie Martin, botànica del Centre John Innes de Norwich (Anglaterra), i Charles Xavier, fundador de l’equip de superherois X-Men, tenen una cosa en comú: els encanten els mutants. Però si el Professor X té debilitat pels mutants humans amb superpoders, la Dra. Martin té més inclinació pels mutants vermells i sucosos. “Sempre hem volgut tenir mutants, perquè això ens permetia entendre la funcionalitat”, comenta la Dra. Martin de la seva recerca, que se centra en els genomes de les plantes amb l’esperança de produir aliments, especialment tomàquets, en el seu cas, que siguin més sans, robustos i duradors.
Quan va aparèixer l’eina CRISPR-Cas9, un dels companys de la Dra. Martin es va oferir a produir un tomàquet mutant i regalar-l’hi. La Dra. Martin era escèptica, però li va dir: “M’agradaria molt que fos un tomàquet que no produís àcid clorogènic”, una substància que es creu que té beneficis per a la salut. Fins llavors no s’havia trobat cap tomàquet que no en portés. La Dra. Martin volia eliminar la seqüència que ella considerava clau per aconseguir-ho i veure què passava. Al cap de poc temps, va tenir un tomàquet sense àcid clorogènic al laboratori.
De sobte, en comptes de buscar mutants, se’n podien crear. “Obtenir aquells mutants va ser una cosa d’allò més eficient i meravellosa, perquè ens va servir per confirmar un munt d’hipòtesis que teníem”, explica la Dra. Martin. CRISPR es pot fer servir per introduir un ventall molt ampli de modificacions als aliments. Es podria utilitzar per eliminar els al·lèrgens dels fruits secs i per crear plantes que fessin un ús més eficient de l’aigua. “La gent necessita alguna cosa a la qual aferrar-se, i això és una realitat, no és cap promesa”, diu.
Diagnòstics en zones remotes
El Dr. Christian Happi, biòleg i director del Centre d’Excel·lència Africà de Genòmica de les Malalties Infeccioses, situat a Nigèria, s’ha passat tota la seva carrera desenvolupant mètodes per detectar i contenir la propagació de malalties infeccioses que es transmeten dels animals als humans. Molts dels mètodes que existeixen avui dia per aconseguir-ho són cars i poc precisos.
A tall d’exemple, per efectuar una prova de reacció en cadena de la polimerasa, és a dir, una prova PCR, cal “extreure ARN, disposar d’una màquina que costa 60.000 dòlars i contractar algú amb formació específica”, assenyala el Dr. Happi. Fer arribar aquesta mena de proves a les localitats més remotes és alhora car i poc plausible des del punt de vista logístic.
No fa gaire, el Dr. Happi i els seus col·laboradors van servir-se de la tècnica CRISPR-Cas13a (un parent proper de la CRISPR-Cas9) per detectar malalties presents a l’organisme dels pacients centrant-se en seqüències genètiques associades amb patògens. Van poder seqüenciar el virus SARS-CoV-2 en poques setmanes des de l’arribada de la pandèmia a Nigèria i desenvolupar una prova per a la qual no calia tenir ni material ni tècnics formats sobre el terreny, sinó un simple tub amb saliva. “Quan es parla del futur de la preparació davant de les pandèmies, es parla d’això –assegura el Dr. Happi–. M’agradaria que la meva àvia la fes servir al seu poble”.
Una cura per a una malaltia hereditària
Al principi, va ser la nucleasa de dits de zinc. Aquesta era l’eina d’edició genètica que va fer servir en un primer moment el Dr. Gang Bao, enginyer bioquímic de la Universitat Rice, per mirar de tractar l’anèmia de cèl·lules falciformes, un trastorn hereditari caracteritzat per la deformació dels glòbuls vermells. El laboratori del Dr. Bao va dedicar més de dos anys al seu desenvolupament fins que va aconseguir que la nucleasa de dits de zinc tallés satisfactòriament la seqüència vinculada a les cèl·lules falciformes en només un 10% dels casos.
L’equip va necessitar dos anys més per desenvolupar una altra tècnica lleugerament més eficaç, fins que el 2013, poc després que s’emprés l’eina CRISPR per modificar satisfactòriament gens en cèl·lules vives, el laboratori del Dr. Bao va tornar a canviar de plantejament. “Des que vam començar fins que vam obtenir alguns resultats inicials amb la CRISPR va passar, si fa no fa, un mes”, diu el Dr. Bao. El mètode va permetre tallar la seqüència amb èxit en un 60% dels casos, aproximadament. Era més fàcil de fer servir i més eficaç. “Va ser increïble”, diu el científic.
El següent repte consistia en determinar els efectes secundaris del procés, és a dir, com la CRISPR afectava els gens que no es manipulaven intencionadament. Després d’una sèrie d’experiments amb animals, el Dr. Bao va quedar convençut que el mètode funcionaria en els éssers humans. El 2020, l’Administració d’Aliments i Fàrmacs dels Estats Units (FDA) va donar la seva aprovació a un assaig clínic dirigit pel Dr. Matthew Porteus i el seu laboratori de la Universitat de Stanford que està actualment en curs. Hi ha l’esperança que la versatilitat de la tècnica CRISPR permeti fer-la servir per tractar altres malalties hereditàries.
Una finestra als secrets del cor
Canviar el cor d’una persona no és gens fàcil, i no només des d’un punt de vista sentimental. El cor genera cèl·lules noves a un ritme molt més lent que molts altres òrgans. Hi ha tractaments que funcionen en altres parts de l’anatomia humana, però són molt més complicats d’aplicar al cor.
També és complicat esbrinar què amaga el cor d’una persona. Encara que en seqüenciïn tot el genoma, sovint hi ha una sèrie de segments (anomenats variants de significat incert) que continuen sent un misteri per a científics i metges. Per bé que un pacient presenti una malaltia cardíaca, no hi ha manera de vincular-la inqüestionablement amb els seus gens. “Et quedes encallat”, diu el Dr. Joseph Wu, director de l’Institut Cardiovascular de la Universitat de Stanford. “Abans ens esperàvem i li dèiem al pacient que no sabíem què passava”.
Però des de fa uns anys el Dr. Wu fa servir la tècnica CRISPR per esbrinar els efectes en les cèl·lules cardíaques de la presència o l’absència d’aquestes seqüències desconcertants. Per aconseguir-ho, en simula els efectes al seu laboratori a través de cèl·lules mare pluripotents induïdes generades a partir de sang. A còpia de retallar certs gens i observar els efectes dels canvis, el Dr. Wu i els seus col·laboradors han pogut establir vincles entre l’ADN de pacients concrets i certes malalties cardíaques.
La reinvenció dels cereals
La melca o sorgo es fa servir arreu del món per elaborar pa, alcohol o com a cereal per a l’alimentació. Tot i això, no se l’ha manipulat amb finalitats comercials en la mateixa mesura que el blat o el blat de moro. A més, sovint, quan se la sotmet a algun procés de transformació, perd qualitat des del punt de vista culinari.
Quan el 2015 la Dra. Karen Massel, biotecnòloga de la universitat australiana de Queensland, va començar a estudiar aquesta espècie, va constatar que tenia força marge de millora. Al món hi ha milions de persones que se n’alimenten. Per tant, “amb un petit canvi pots tenir una repercussió immensa”, diu la científica.
La Dra. Massel i el seu equip han emprat la tècnica CRISPR per mirar de fer la melca resistent a les gelades i la calor, allargar-ne el període de creixement i canviar-ne l’estructura de les arrels. “Fem servir la manipulació genètica a tot arreu”, comenta. Això podria fer el cereal no només més agradable al paladar i saludable, sinó també més resistent als canvis climàtics, explica la biotecnòloga. Tot i que modificar amb precisió els genomes de conreus amb CRISPR no deixa de ser una tasca titànica, la científica espera que els progressos portin a la comercialització d’aliments sorgits de l’edició genòmica i que aquests esdevinguin més accessibles i acceptables.
Un nou tractament contra els càncers
El 2012, una nena de sis anys patia una leucèmia limfoide aguda. La quimioteràpia no havia anat bé i la malaltia estava massa avançada per a un trasplantament de medul·la òssia. Semblava que s’havien esgotat totes les opcions i els metges de la nena van dir als seus pares que se’n tornessin a casa.
Ells no els van fer cas: se’n van anar a l’Hospital Pediàtric de Philadelphia, on van emprar un tractament experimental anomenat teràpia de limfòcits T amb receptors quimèrics d’antígens per dirigir els glòbuls blancs de la nena contra el càncer. Deu anys després, la pacient ha superat la malaltia.
Des de llavors, el Dr. Carl June, que és professor de medicina a la Universitat de Pennsilvània i va ajudar a desenvolupar la teràpia, i els seus col·laboradors, entre ells el Dr. Ed Stadtmauer, hematòleg-oncòleg al sistema hospitalari de la Universitat de Pennsilvània, han treballat per millorar-la. Per aconseguir-ho, s’han servit de la CRISPR, l’eina que permet modificar el genoma dels limfòcits T fora de l’organisme de manera més precisa i senzilla. El Dr. Stadtmauer, que és especialista en el tractament de diversos càncers de la sang i el sistema limfàtic, afirma que “els últims deu anys, més o menys, hem assistit a una revolució en el tractament d’aquestes malalties". "Ha estat gratificant i emocionant”, afegeix.
Els últims anys, el Dr. Stadtmauer ha treballat en un assaig clínic consistent en introduir limfòcits T substancialment modificats amb CRISPR en pacients amb càncers resistents als tractaments. Els resultats han estat prometedors. Nou mesos després de l’inici de l’assaig, els sistemes immunitaris dels pacients no havien rebutjat els limfòcits T modificats, que encara es trobaven al seu torrent sanguini. L’autèntic progrés és que, ara, els científics saben que els tractaments basats en la tècnica CRISPR són possibles.