CRISPR y edición genómica
Cómo las nucleasas programables, especialmente los sistemas CRISPR-Cas guiados por ARN, realizan cortes dirigidos en el ADN que permiten a los investigadores editar genomas con una facilidad sin precedentes.
Definition
La edición genómica es la alteración dirigida del ADN de un organismo en sitios elegidos utilizando nucleasas programables; CRISPR-Cas es un sistema guiado por ARN, derivado de la inmunidad bacteriana, en el que un ARN guía dirige la nucleasa Cas a una secuencia de ADN coincidente para crear una rotura de doble cadena para la edición.
Scope
Este tema abarca la edición genómica dirigida, centrada en CRISPR-Cas. Aborda el origen bacteriano de CRISPR como un sistema inmunitario adaptativo, el principio de la escisión de ADN guiada por ARN por Cas9, cómo se repara la rotura resultante para eliminar o insertar secuencias, y un breve contraste con nucleasas programables anteriores. Trata el método y su lógica; los métodos más amplios de clonación, amplificación y secuenciación se cubren en temas complementarios.
Core questions
- ¿De dónde proviene CRISPR y cuál es su función natural?
- ¿Cómo dirige un ARN guía a Cas9 a una secuencia de ADN específica?
- ¿Cómo se utiliza la rotura de doble cadena para eliminar o insertar secuencias?
- ¿Cómo se compara CRISPR con herramientas de edición genómica anteriores?
Key theories
- Escisión de ADN guiada por ARN
- Jinek y sus colegas demostraron que la nucleasa Cas9 puede programarse con un único ARN guía para cortar cualquier secuencia de ADN coincidente, convirtiendo un sistema inmunitario bacteriano en una herramienta de edición versátil y fácilmente dirigible.
- Edición dirigida por reparación
- La rotura de doble cadena creada en el objetivo es reparada por las propias vías de la célula, de modo que la unión de extremos propensa a errores interrumpe un gen o la reparación dirigida por homología introduce un cambio definido proporcionado por una plantilla.
Mechanisms
En la edición CRISPR-Cas, un ARN guía se aparea con una secuencia de ADN diana adyacente a un motivo de reconocimiento corto, dirigiendo la nucleasa Cas para cortar ambas cadenas en ese sitio. Luego, la célula repara la rotura: la unión de extremos no homólogos a menudo introduce pequeñas inserciones o deleciones que inactivan un gen, mientras que la reparación dirigida por homología, si se le proporciona una plantilla donante, instala un cambio de secuencia preciso. Debido a que la especificidad se establece simplemente por la secuencia del ARN guía, el sistema es mucho más fácil de redirigir que las nucleasas programadas por proteínas anteriores.
Clinical relevance
La edición genómica se está desarrollando para terapias génicas y celulares y es una herramienta de investigación estándar, mientras que su uso en humanos plantea consideraciones éticas significativas; se presenta como relevancia en lugar de orientación clínica.
History
Basándose en el descubrimiento de que los loci CRISPR forman un sistema inmunitario adaptativo bacteriano, la demostración de Doudna y Charpentier en 2012 de que Cas9 puede programarse con un único ARN guía estableció la edición genómica CRISPR, reconocida con el Premio Nobel de Química en 2020.
Debates
- Edición de la línea germinal humana
- La edición de células hereditarias plantea preocupaciones éticas y de seguridad sobre el consentimiento, los efectos fuera del objetivo y la equidad; la comunidad científica ha pedido cautela mientras avanzan las aplicaciones a células no hereditarias.
Key figures
- Jennifer Doudna
- Emmanuelle Charpentier
Related topics
Seminal works
- jinek2012
- watson2013
Frequently asked questions
- ¿Qué hace el ARN guía en CRISPR?
- Se aparea con una secuencia de ADN coincidente y dirige la nucleasa Cas para que corte allí, de modo que cambiar el ARN guía cambia el objetivo.
- ¿Cómo resulta un corte en el ADN en una edición?
- La célula repara la rotura; dependiendo de la vía y de cualquier plantilla proporcionada, esto interrumpe el gen o introduce un cambio preciso intencionado.