CRISPR/Cas: Edición genética masiva

Mientras la caída en el precio del petróleo obliga  a países como Ecuador a producir con pérdidas, la ingeniería de sistemas biológicos continúa avanzando a un ritmo que parece acelerarse. DARPA, la agencia responsable del desarrollo de tecnologías emergentes dentro del Departamento de Defensa de Estados Unidos, por ejemplo, lidera varias iniciativas enfocadas en la aplicación de sistemas biológicos para el desarrollo de soluciones que incluyen la síntesis de compuestos históricamente dependientes del petróleo.
El sistema de edición genética CRISPR/Cas es el último y quizá más revolucionario avance biotecnológico. La forma más sencilla de comprender el sistema de edición genética CRISPR/Cas es comparándolo con la función BUSCAR-EDITAR en un procesador de texto. Dada la complejidad de los sistemas biológicos, uno de los retos más díficiles al momento de diseñar organismos con características específicas (capaces de producir gasolina o fármacos, por ejemplo) consiste en localizar precisa y rápidamente los elementos genéticos relacionados con una función biológica específica. La tarea consiste, literalmente, en encontrar una aguja en un pajar por la cantidad de genes que deben ser investigados y por las muchas veces desconocidas interacciones in vivo entre los genes de interés.
Históricamente, la ingeniería genética clásica se basa en astutos y potencialmente elboradísmos diseños experimentales cuyo objetivo es generar una colección de millones de organismos con millones de errores (mutaciones) con la expectativa de que una fracción tenga el error preciso en el gen objetivo. Una vez ubicado el gen asociado con una característica específica, el objetivo es modificarlo para optimizar las funciones que el investigador desea modificar en el organismo.
El secuenciamiento genómico de bajo costo cambió completamente el panorama, y el desarrollo de herramientas como CRISPR/Cas incrementa exponencialmente la capacidad de diseñar organismos con fines industriales.
La comparación con la función BUSCAR-EDITAR en un procesador de texto es relevante. Si antes la ingeniería genética clásica buscaba identificar una página con información específica dentro de una biblioteca desconocida, el sistema CRISPR/Cas permite la localización de la página en cuestión utilizando el equivalente a “palabras clave” que pueden ser una o dos palabras o la página completa. Mientras más información exista acerca de la página buscada, más rápida la localización de la página en la biblioteca. O sea, la función BUSCAR del sistema CRISPR/Cas puede localizar el gen en cuestión, específicamente,  dentro de cualquier genoma en tanto se conozca por lo menos una fracción del gen. Esto último se facilita por la disponibilidad de bases de datos para información genética y los bajos costos de secuenciamiento.
En éstas capacidades de i) ubicar precisamente un gen dentro de cualquier organismo, y ii) editar tal gen utilizando métodos de biología molecular tradicionales (cuyo número y eficiencia a su vez continúan aumentando) radica el poder del sistema CRISPR/Cas.
A ello sume la integración de sistemas computacionales para la administración y modelamiento in silico de procesos biológicos, y queda claro que la biología moderna pasa de ser una ciencia descriptiva a ser una variación del concepto de ingeniería: diseño enfocado a la generación de soluciones. Sume además la capacidad de aplicar los mismos conceptos no solo al diseño de genes dentro de un organismo, sino al diseño de organismos dentro de una comunidad sintética, e igualmente queda claro que la biología aplicada apunta a imitar el ritmo de desarrollo que resultó en la masificación de la industria del automóbil a inicios del siglo anterior, y la masificación de la industria de la computación a inicios de la década de 1980. La disponibilidad de organismos, bases de datos y herramientas moleculares significa hoy, casi literalmente, que cualquier persona puede editar genomas, incluído el genoma humano.

En este contexto, el valor de la biodiversidad se incrementaría dado el acelerado ritmo al cual perdemos especies (ya que el recurso biodiversidad se vuelve escaso), mientras se incrementan las potenciales aplicaciones del recurso biodiversidad, y mientras aumentan el número y poder de las herramientas disponibles para desarrollar soluciones a partir de tal recurso. Considerando solamente que la gran mayoría de medicinas el día de hoy provienen de plantas o microbios, la pérdida de éstas especies constituye la pérdida irreversible de potenciales futuros descubrimientos.

En el caso de la cuenca del Amazonas (Ecuador incluído), la región más biológicamente diversa del mundo, una comparación histórica con Medio Oriente es quizá relevante. La Amazonia es para el recurso biodiversidad lo que Medio Oriente es para el recurso petróleo: las reservas más grandes de biodiversidad se hallan en las selvas Amazónicas. Como vimos en párrafos anteriores hoy desarrollamos tecnología equivalente a lo que el motor de combustión interna representó a principios del siglo anterior. Una vez que aquella tecnología esté lista (y muchos argumentan que ya llegamos a ese punto) el valor del recurso biodiversidad aumentaría de la misma forma en la que aumentó el valor del petróleo una vez que aprendimos como aprovecharlo. El enfoque inicial de la industria petrolera es perforar pozos y extraer petróleo, y más tarde integrar la producción de petróleo con la expansión de la industria del automóbil y de la construcción (carreteras, por ejemplo). En una manera análoga, hoy podríamos integrar la investigación en biología aplicada (extracción de información genómica, por ejemplo) con la expansión de colecciones de organismos industriales y de los canales requeridos para el intercambio y aprovechamiento de información biológica a nivel mundial.

En este contexto valen destacar dos proyectos interesantes en Ecuador: el proyecto SmartLands de la Universidad Técnica Particular de Loja, que amplía el concepto de ciudades inteligentes hacia la administración de la biodiversidad del sur Ecuatoriano, y el proyecto “Arca de las Bacterias” de la Universidad Amazónica IKIAM que busca catalogar la diversidad funcional de microbios amazónicos y sus potenciales aplicaciones en calidad ambiental, agricultura, bioenergía y salud.

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