LA EDICIÓN GENÉTICA CON CRISPR-Cas9

Cuando apenas ha pasado un año desde la polémica aprobación en el Reino Unido del trasplante nuclear para el tratamiento de las enfermedades mitocondriales, nos llega desde allí la noticia de que la Autoridad en Fertilización Humana y Embriología acaba de autorizar al Francis Crick Institute, de Londres, la edición genética de embriones humanos con la técnica de CRISPR-Cas9. Aunque no es la primera vez que se hace algo así: el trabajo inaugural lo publicó el año pasado el equipo del Dr. Junjiu Huang, de la Universidad Sun Yat-sen, en Guangzhou (1).

El impulso que supuso el Proyecto Genoma Humano dura hasta hoy. Una de sus consecuencias ha sido la posibilidad de llevar a cabo la llamada “edición genética”, que, en esencia, consiste en la modificación de secuencias concretas de ADN. Inicialmente, la secuencia-diana era reconocida por proteínas artificiales, pero la dificultad para diseñar y sintetizar esas proteínas, y para validar su eficacia, hacían que fuera un proceso lento y muy caro. El salto adelante partió de los trabajos de Francisco Mojica, microbiólogo de la Universidad de Alicante, que, en 1993, estudiando las defensas bacterianas frente a los virus, descubrió un sistema que reconocía segmentos de ADN del virus, y los bloqueaba. Denominó a este sistema CRISPR, siglas de la expresión inglesa que describe su estructura y posición en el ADN bacteriano. Años después, en 2012, Jennifer Doudna, de la Universidad de California, en Berkeley, y Emmanuelle Charpentier, de la Universidad de Umea, en Suecia, desarrollaron el modelo: le incorporaron una cadena-guía de ARN que “busca” la secuencia de ADN diana y le añadieron la enzima Cas9, que corta esa secuencia y la elimina. Se convirtió así en una sencilla herramienta fácil de utilizar, rápida y muy barata, para modificar segmentos de la cadena de ADN.

El nuevo procedimiento ha sido inmediatamente adoptado y ampliamente utilizado en diversos campos y con distintos fines. Jennifer Doudna está recogiendo una lista de las criaturas modificadas por este sistema: hoy la lista tiene tres docenas de entradas, que van desde parásitos causantes de enfermedades a cerdos de raza enana, arroz y trigo resistentes a las plagas o naranjas ricas en vitaminas. Y se está estudiando su aplicación en la clínica humana para corregir defectos en los genes mitocondriales y en “células somáticas” (es decir, las que no están implicadas en la producción de óvulos y de espermatozoides).

El problema se plantea, por las implicaciones éticas que presenta, precisamente en su aplicación a embriones humanos, porque en ese estadio no se han separado aún las estirpes que darán lugar a las células sexuales. Porque la cosa es algo más complicada que el simple "copia y pega": el grupo chino mencionado al principio aplicó esta técnica a 86 embriones con un gen de hemoglobina defectuoso; sobrevivieron 71, de los cuales se examinaron 54: sólo en 28 de ellos se había logrado “cortar” el  gen defectuoso, y en apenas 11 se había logrado implantar el gen sano. La manipulación, además, generó diferentes alteraciones no deseadas en otros puntos del ADN, y, como el propio Huang reconoce, “si hubiéramos analizado todo el genoma, habríamos encontrado más”.

Son estos malos resultados los que muestran que es aún prematuro utilizar esta técnica en embriones humanos, pues la consecuencia lógica es que las modificaciones aleatorias provocadas, de resultados imprevisibles, se transmitirían a la línea germinal y afectarían a toda la descendencia. Pero no se trata sólo de trabajos con embriones humanos. Doudna ha confesado que sus preocupaciones comenzaron cuando asistió a la presentación de un trabajo en el que se diseñó un virus para introducir CRISPR-Cas9 en ratones. Los ratones aspiraron el virus, permitiendo al sistema CRISPR originar mutaciones y crear un modelo para cáncer de pulmón humano. “Parecía increíblemente aterrador –dice- que pudieras tener estudiantes trabajando con una cosa así. Cualquier pequeño error en el diseño de la guía de ARN podría resultar en una CRISPR que actuara también en los pulmones humanos. Es importante que la gente comprenda lo que este procedimiento podría provocar”.

Andrea Ventura, investigador del Memorial Sloan Kettering Cancer Center de Nueva York y uno de los autores de ese trabajo en ratones, dice que su laboratorio extremó las medidas de seguridad: las secuencias-guía fueron diseñadas para dirigirse a regiones del genoma que son exclusivas de los ratones, y los virus fueron desactivados de manera que no pudieran replicarse. Pero reconoce que es importante anticipar incluso los riesgos más remotos. “Las  guías no están diseñadas para cortar el genoma humano, pero nunca se sabe. No es muy probable, pero debemos considerar esa posibilidad.”

Por estas razones, Doudna convocó el año pasado una reunión de científicos, expertos en bioética y juristas, de la que resultó la solicitud de una moratoria para la aplicación a de CRISPR-Cas9 en humanos mientras no se hayan resuelto toda esta serie de dificultades teóricas y prácticas. Queda mucho camino por recorrer hasta que se pueda recurrir a esta técnica para modificar el ADN en seres humanos con la seguridad exigible.

El proyecto que pretende llevar a cabo el Reino Unido, además, es comparable en ciertos aspectos con el realizado en China, pero se diferencia también en algún aspecto que a los expertos en bioética no les parece indiferente: mientras que el equipo chino utilizó para su estudio embriones triploides (es decir, con una dotación cromosómica que no es la de nuestra especie; no es, por lo tanto, una forma germinante de vida humana), el Francis Crick Institute se propone editar el genoma de hasta 90 embriones viables, perfectamente sanos y de menos de una semana de vida, que simplemente son desechados por los laboratorios por “superpoblación”. El estudio consistirá en ir retirando cada uno de cuatro genes que se consideran fundamentales para el desarrollo en ese momento de la vida, y observar qué cambios se producen para deducir la función que ejercen en el embrión no manipulado. Se alega el alto beneficio que se obtendrá con ese conocimiento, pero se olvida que, cuando en Medicina se sopesan riesgos y beneficios, el beneficio debe recaer, en primer lugar, el mismo “paciente” que corre ese riesgo. No parece que ése vaya a ser el caso.

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(1) Protein Cell 2015, 6:363-372

NO CANTAN IGUAL

Es experiencia común de todos que hay una forma masculina y una forma femenina de contemplar el mundo y de desenvolverse en él, que hombres y mujeres difieren no sólo por su cuerpo, sino también por su carácter, su corazón, su sensibilidad, su voluntad… La lista de las capacidades diferenciales es larga, y hay, en general, acuerdo sobre ella. Pero el acuerdo desaparece cuando intentamos explicar la causa de esta diferencia, y conviven diversas explicaciones, no siempre suficientemente justificadas.

Sabemos que la diferencia de sexos tiene consecuencias evidentes en asuntos tan aparentemente desconectados del sexo como los trasplantes de órganos -que tiene mejor pronóstico cuando donante y receptor son del mismo sexo- o la memoria a largo plazo –en la que hombres y mujeres implican distintas regiones del cerebro, y que es interferida por el propranolol de forma distinta en cada sexo-.

Se sabe que el cromosoma Y del varón, más pequeño que el X, se pone en marcha más precozmente en la vida embrionaria, haciendo que la glándula sexual indiferenciada se transforme en testículo y empiece a producir testosterona; sin ese cromosoma, la glándula se convertirá, más tarde, en un ovario. Pues bien, una de las funciones de esa testosterona es impedir que actúe un sistema enzimático que bloquea los genes en el propio ADN. Por eso, que un órgano se desarrolle bajo su influjo no resulta indiferente, y por eso, al nacer existen ya diferencias entre órganos semejantes de ambos sexos. Diferencias que se incrementarán más adelante, en la adolescencia, cuando maduren el testículo y el ovario y aumenten su secreción hormonal.

El resultado de todo esto es que en algunas regiones tiene más neuronas el cerebro masculino que el femenino, y, en otras regiones ocurre lo contrario. Y también se producen diferencias en el cableado del cerebro: en el hombre predominan las conexiones entre diferentes regiones del mismo hemisferio; en la mujer hay mayor conexión entre ambos hemisferios.

Toda esta explicación, sin embargo, es puesta en duda por algunos, que niegan que en todo esto juegue algún papel la biología, y centran su explicación en factores externos, como la educación recibida o el ambiente social en el que se desarrolla el individuo.

Se acaba de publicar en  Nature  un trabajo conjunto del University College de Londres y el Albert Einstein College of Medicine de Nueva York que estudia estos cambios en el comportamiento de los diferentes sexos (1). El trabajo se centra en el Caenorhabditis elegans, un gusano que no pasa de 1 mm de longitud y que tiene la particularidad de permanecer transparente a lo largo de toda su vida. Es el animal de  moda entre los hombres de ciencia: le ha tomado la delantera al mismísimo ratón de laboratorio y está colaborando en decisivos estudios, algunos de los cuales, centrados en la biología del ADN,  han sido premiados con el Nobel. Las razones por las que se prefiere este animalillo son de índole práctica: su pequeño tamaño ahorra costes y espacio, y su breve ciclo reproductivo le hace idóneo para numerosos estudios biológicos. Además de que, naturalmente, su transparencia es una cualidad muy apreciada por los estudiosos, pues permite la observación minuciosa de su interior sin interferir en su vitalidad y su comportamiento.

Pues bien, el trabajo al que me refiero da cuenta de un sorprendente cambio estructural que tiene lugar, durante la maduración sexual, en el cerebro del C. elegans macho –entre los C. elegans sólo hay machos y hermafroditas-. En la red neuronal surgen, a partir de células de otra estirpe, dos neuronas nuevas que establecen en seguida conexiones con otras preexistentes y remodelan los circuitos neuronales, de forma que se modifica el procesamiento de la información y el comportamiento del gusano, y la búsqueda de pareja sexual pasa a ser una actividad prioritaria.

Aumento del número de neuronas, y cambios en el cableado del cerebro, exactamente lo que encuentran los neurobiólogos cuando comparan los cerebros masculino y femenino. No es posible negar intervención alguna de factores ambientales, pero así es como las hormonas modulan nuestra actividad intelectual y nuestro estado de ánimo, nuestros procesos cognitivos y nuestros estados emocionales. No se trata de algo superficial y adventicio, sino que está fundado en lo más profundo de nuestro ser.

Los autores van más allá: para Arantza Barrios, española coautora del estudio, “nuestros hallazgos sugieren que las diferencias no dependen solo del sexo del animal, sino que influye también el sexo de la célula progenitora”. No sólo es cuestión de hormonas, dice nuestra compatriota, sino, también, de cromosomas.

Es decir, que la diversidad surge del propio “ser” del individuo. Para resumirlo con una gráfica expresión de Prieto Bonilla: “Quiquiriquí canta el gallo y clo-clo-clo canta la gallina, luego no cantan igual. Y no cantan igual, sencillamente, porque no son iguales”.

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(1) Michele Sammut, Steven J. Cook, Ken C. Q. Nguyen, Terry Felton, David H. Hall, Scott W. Emmons, Richard J. Poole, Arantza Barrios. Glia-derived neurons are required for sex-specific learning in C. elegans. Nature, 2015; 526 (7573): 385

LA HUELLA DE LOS PADRES

La investigación biológica con células madre ha despertado esperanzas tanto en el campo de la medicina regenerativa como en lo que se ha llamado “reproducción asistida”: se abren perspectivas de crear óvulos y espermatozoides artificiales con la carga genética del adulto que desea “reproducirse”, y hasta se habla de fabricar espermatozoides a partir de óvulos, y viceversa, lo que abriría un futuro esperanzador a las parejas de homosexuales. Pero la cosa no resulta fácil, porque no basta con empaquetar los genes en la nueva célula: es necesario algo más, algo que se ha llamado “imprimación del genoma”. ¿De qué se trata?

Dejando al margen los cromosomas sexuales del varón, cuya procedencia es cierta -el cromosoma X, de la madre; el Y, del padre-, clásicamente se ha considerado que era indiferente que un cromosoma concreto fuera de origen materno o paterno. Sin embargo, con el avance de la genética en los últimos años las cosas aparecen de otra manera, como se ejemplifica con los síndromes de Prader-Willi y de Angelman. El síndrome de Prader-Willi se caracteriza por dificultad en el aprendizaje, baja estatura, necesidad compulsiva de comer y pies y manos pequeños. El síndrome de Angelman, por su parte, consiste en retraso mental grave, convulsiones, movimientos rígidos y en sacudidas y una expresión extrañamente alegre, rasgos estos últimos por los que han recibido el nombre descriptivo de “marionetas felices”.

La sorpresa surgió cuando los estudios genéticos, que acostumbran a caracterizar una enfermedad por un perfil unívoco, descubrieron que estos dos síndromes tan diferentes eran genéticamente idénticos: la misma alteración en el mismo punto del mismo cromosoma: el 15. Con una particularidad: en todos los pacientes de Prader-Willi el cromosoma afectado era el de origen paterno, mientras que en los pacientes con Angelman era siempre el de origen materno. Se puso así de manifiesto que la procedencia de los genes comporta alguna diferencia en su función, que no eran exactamente intercambiables. Pero ¿cómo distingue el organismo el origen de los cromosomas?

Se sabía que los genes son cadenas de ADN formadas por cuatro tipos diferentes de eslabones. Hoy sabemos  que uno de esos eslabones, las moléculas de citosina, reciben un “marcaje” químico –una metilación- y que el número y la posición de esas metilaciones es característico de cada cromosoma y diferente según el órgano de procedencia. La razón de ello es que ese "marcaje" provoca el "bloqueo" del gen en cuestión, de modo que es fácil comprender que en cada órgano la metilación será diferente, pues se trata de bloquear funciones que no se llevan a cabo allí: por ejemplo, bloquear en las células nerviosas las funciones de las células hepáticas. 

Por lo tanto, se podría esperar que el espermatozoide, que se desentiende de todo lo que no sea desarrollar un sistema de desplazamiento rápido, tenga más metilaciones que el óvulo, que mantiene sus funciones celulares y debe, además, desarrollar una cubierta para dirigir la entrada del espermatozoide, y almacenar nutrientes que permitan al embrión alimentarse hasta que acceda a otra fuente de recursos. Pues bien, eso es exactamente lo que se observa: las metilaciones de los genes en el espermatozoide son mucho más numerosas que en el óvulo. De hecho, más numerosas que en cualquier otra célula del organismo.

 Claro está que una de las primeras tareas del embrión consistirá en ir eliminando esas metilaciones, para dejarlo todo “a cero” y empezar a aplicar él las metilaciones oportunas. Por eso, cuando se desarrollen los testículos y los ovarios, y maduran espermatozoides y óvulos, no queda ya nada de aquel patrón heredado, y las nuevas células sexuales reciben el patrón que les corresponde.

La cuestión es que esa metilación “marca” los genes como procedentes del padre, o de la madre. Y eso no es indiferente, al menos para ciertas funciones, como hemos visto en los síndromes de Prader-Willi y de Angelman. Otros ejemplos ocurren durante el desarrollo embrionario: el embrión construye la placenta, el primer órgano que desarrolla su funcionalidad completa, y el que le permite mantenerse con vida durante todo el tiempo que permanece en el seno materno, con los genes que ha recibido de su padre. Y, al contrario, de la disposición general del cuerpo se ocuparán sus genes maternos.  

La cuestión, para lo que importa a los investigadores a los que me refería antes, es que el desarrollo del embrión requiere la aportación conjunta de los genes del padre y de la madre, de modo que si faltase uno de ellos –porque el óvulo o el espermatozoide fuesen “artificiales”; no digamos si lo fuesen los dos- no llega a formarse un nuevo individuo. La imprimación del genoma constituye una verdadera barrera biológica que reafirma la vinculación heterosexual originaria: la naturaleza dispone las cosas de tal forma que cada "uno" o "una" proceda forzosamente de "una y uno".

LA DECISIÓN DE JOLIE

La decisión de Angelina Jolie de someterse a una mastectomía bilateral profiláctica para disminuir el riesgo de sufrir un cáncer de mama ha puesto de actualidad en todo el mundo la existencia de cáncer de mama hereditario. No es la mama el único órgano que puede presentar este rasgo, pero sí uno de los mejor conocidos y sobre el que empieza a saberse algo con alguna seguridad.

Dado que el cáncer de mama es el cáncer de la mujer más frecuente en España, y dado que, por ese motivo, y por su accesibilidad, hace años que se llevan a cabo en todas las Comunidades programas de detección precoz de la enfermedad, no es raro que todo el mundo conozca a alguien a quien se le ha diagnosticado este cáncer. Lo que incluye a los parientes cercanos, y esto puede ser motivo de preocupación ahora que su posible heredabilidad está en la mente de todos.

Lo primero que hay que decir es que es raro que se pueda hablar de propensión genética a desarrollar cáncer de mama incluso en parientes cercanos de una mujer a la que se le haya diagnosticado uno. A medida que se extienden los programas de diagnóstico, es forzoso que, por azar, aparezcan nuevos casos en el entorno familiar. Además, algunos cánceres que sí se presentarán con agrupación familiar serán debidos a que las familias comparten a menudo modos de vida o factores ambientales que aumentan el riesgo, sin que podamos señalar a los genes como los factores predisponentes.

La aparición de un cáncer es un camino de muchas etapas, que se van plasmando en sucesivas alteraciones en los genes. Pero se han identificado algunos genes que pueden heredarse ya alterados, y eso supone que, en ese camino hacia el cáncer, algunas personas nacen con cierto tramo ya recorrido. No significa eso que vayan a desarrollar el cáncer indefectiblemente, pero sí que aumenta la probabilidad de hacerlo, de recorrer el camino hasta el final.  Son esos genes los que nos interesan cuando hablamos del cáncer de mama hereditario. Y son pocos, pero hay dos muy importantes, porque están presentes en alrededor del 80% de los casos hereditarios: se trata de los genes BRCA1 y BRCA2, cuya misión, en su forma “sana”, es reparar las alteraciones del ADN, alteraciones que tienen, como una posible consecuencia, la aparición de un cáncer. Por eso es más probable desarrollar cáncer cuando se tienen esos genes defectuosos.

Pero precisamente porque está “facilitado” el desarrollo del cáncer, estos tumores tienen unos rasgos epidemiológicos que permiten sospechar la alteración genética que está detrás de ellos: son cánceres que aparecen pronto –por lo general, antes de los 50 años; a menudo, antes de los 40- y en varios lugares relacionados -pueden aparecer en ambas mamas, y también en el ovario-. Y, cuando lo heredan los varones de la familia, también ellos pueden acabar teniendo un cáncer de mama, lo que es raro en otras circunstancias.

Por eso, no todo cáncer de mama familiar es sospechoso de ser hereditario. Y, por lo tanto, no hay que asustarse, y no es razonable someterse a pruebas genéticas, más que si se da alguna de estas circunstancias:

-incidencia familiar llamativamente alta (tres o cuatro cánceres en familiares de primer grado, pero dependerá del número de parientes, y no es muy aplicable en familias reducidas).

-pacientes jóvenes con cáncer de mama.

-pacientes con cáncer bilateral de mama.

-pacientes con cáncer de mama y de ovario (con ambos).

-pacientes con cáncer de mama y pacientes con cáncer de ovario en la misma rama familiar, o mujeres con uno de estos cánceres, y varones con cáncer de mama, también en la misma rama.

Y, aún así, cuando se estudian las mujeres así seleccionadas, no se observan alteraciones en los genes más que en el 30% de los casos. Pero, cuando aparece, entonces sí que aumentan significativamente las probabilidades de desarrollar cáncer a lo largo de la vida, y, además, habrá que estudiar a sus familiares cercanos para determinar si son también portadores del gen alterado. Pero como son cánceres precoces, una mujer portadora que haya pasado la menopausia está dejando ya atrás el riesgo: podría pertenecer a ese porcentaje de portadoras que no desarrollan cáncer, un porcentaje variable que puede superar el 50%. Son las más jóvenes las que tienen aún el riesgo por delante: decidirse entonces por la mastectomía bilateral, por la quimioprevención o por los exámenes periódicos dependerá de la experiencia y expectativas de la mujer: ella debe tomar la decisión.

Quiero aprovechar, antes de terminar, para animar a todas las mujeres que en estos momentos están combatiendo con el cáncer de mama. Por la implantación de los mencionados programas, el diagnóstico es más frecuente que hace unos años, pero también se presentan con mejor pronóstico general, y disponemos de mejores herramientas para hacerle frente. La probabilidad de dejarlo atrás se acerca al 90%: no pierdan el ánimo y la esperanza.

LAS CADENAS DEL ADN

Christian Montag es un psicólogo del Departamento de Psicología Biológica y Diferencial de la Universidad de Bonn que acaba de publicar en la revista Journal of Adicction Medicine el descubrimiento de la relación entre la adicción a Internet y el gen CHRNA4. El gen de la adicción a Internet, un procedimiento técnico cuyo nacimiento ha sido, como sabemos,  algo posterior a la aparición de los genes. Sólo es un ejemplo. Si miramos algo más atrás recogeremos las asociaciones más inverosímiles: se han “encontrado” -para no buscar más que en mi memoria reciente- el gen de la felicidad (aunque sólo en las mujeres, los varones estamos expectantes), el gen de la afición al arte, el gen de la ideología política,... Pero los estupendos de verdad son el gen de la infidelidad y el gen de la violencia: que nadie recrimine nada a nadie: no es él, son sus genes.  

El expresidente de Cantabria, Miguel Ángel Revilla, va más lejos: “Somos genes y tierra”, ha afirmado. Pero el señor Revilla es un poeta como la copa de un pino y no hay que tenérselo en cuenta: es licencia poética admitida. Lo verdaderamente grave es lo ha dicho este profesor de una universidad alemana, aunque Ortega, que había pasado por ellas, ya nos había advertido contra las universidades alemanas en general. 

Estamos en la versión actualizada de Don Mendo, que justificaba su empecinamiento en el “juego vil” de las siete y media diciendo: “No fui yo, no fui, fue el maldito cariñena, que se apoderó de mí”. El cariñena o los genes, es indiferente: la cuestión es tener algo a lo que echarle la culpa de lo que hacemos.  

Paradójicamente, mientras pretendemos pasar a la historia por nuestra defensa y promoción de la libertad, no tenemos el menor inconveniente en renunciar a ella: la libertad no era más que un pseudónimo del determinismo. Lo malo es que era sobre la libertad sobre lo que habíamos construido nuestra idea de la condición humana. Y ahora, ¿qué vamos a hacer?, ¿qué podemos esperar de nosotros mismos si renunciamos a la autodeterminación?, ¿para qué esforzarme, para qué empeñarme en conseguir lo que ya está conseguido, o es definitivamente inalcanzable, si voy a ser adúltero, o desgraciado, o adicto a Internet, o violento, me ponga como me ponga, porque así lo ha determinado el azar cuando se constituyó mi ADN? 

Los extremos se tocan: después de siglos de enfrentamiento entre la llamada ciencia y la llamada superstición, después de aburrirnos denostando cosas como la astrología y los horóscopos, resulta que volvemos a las mismas: ahora no son las constelaciones, ahora son las cadenas químicas las que deciden mi vida. Mal asunto. El progreso de la ciencia nos conduce, de nuevo, a Altamira. Se cierra el círculo. Fin, y continuación.  

A Calderón de la Barca –D. Pedro- le tocó vivir una época de esplendor en lo que a determinismos se refiere, y expresó en versos espléndidos la perplejidad en la que se encontraba: 

Nace el ave, y con las galas
que le dan belleza suma,
apenas es flor de pluma
o ramillete con alas,
cuando las etéreas salas
corta con velocidad,
negándose a la piedad
del nido que deja en calma;
¿y teniendo yo más alma,
tengo menos libertad? 

Él vivió los comienzos de las disciplinas científicas; nosotros asistimos a su ocaso. Estamos borrachos de ciencia, y nos da la vomitona. Ya no admitimos más. Y ya no queremos saber más, ni decidir más. Renunciamos. Ortega creía que somos forzosamente libres; menos elegante, Sartre nos dijo que estamos condenados a ser libres. Se equivocaban los dos. El profeta era Bosé: libertad, te siento lejos, y la culpa es sólo mía.

¡Vivan las cadenas!