En la última década, la tecnología de edición genética conocida como CRISPR se ha convertido en una herramienta científica habitual, utilizada para crear curas que salvan vidas, obtener cultivos más productivos e incluso crear perros libres de alergias.
Pero los científicos no inventaron CRISPR de la nada. Lo descubrieron en bacterias y otros microbios, que lo utilizan como defensa contra los virus invasores. El jueves, los científicos informaron que habían encontrado otra defensa de edición genética en la naturaleza, esta vez en los propios virus.
Este sistema, llamado VIPR, parece tener más de cuatro mil millones de años y parece ser el ancestro evolutivo de CRISPR, escribieron los investigadores en dos artículos publicados en Science.
Podría convertirse en la herramienta de edición genética más potente, con ciertas ventajas sobre CRISPR. VIPR parece capaz de dirigirse a una mayor variedad de secuencias genéticas, lo que le permite modificar una mayor parte del genoma.
Además, estas moléculas son más pequeñas, lo que potencialmente facilita su introducción en las células.
“El tamaño increíblemente pequeño de VIPR convierte a estos sistemas en herramientas transformadoras para la ingeniería genómica”, dijo Philip Kranzusch, un microbiólogo de la Facultad de Medicina de Harvard que no participó en la investigación.
Jennifer Doudna, bioquímica de la Universidad de California en Berkeley y coautora de los estudios, compartió el Premio Nobel en 2020 por aprovechar el poder de CRISPR. Tras este avance, comenzó a preguntarse cómo evolucionó la versión natural de este editor genético.
“Tenía que venir de algún sitio”, recordó haber pensado. “Tal vez se usaba para otra cosa antes, y tal vez todavía haya pruebas de lo que hacía”.
CRISPR está compuesto por proteínas y moléculas de ARN que se unen para destruir genes virales. La molécula de ARN consta de una secuencia de bloques de construcción que coincide exactamente con las secuencias genéticas de ciertos virus.
El ARN se adhiere a los genes virales, y la proteína que transporta corta la cadena de ADN, desactivando así el virus.
Desde que se descubrieron los primeros sistemas CRISPR en la década de 1990, los científicos los han encontrado en un número cada vez mayor de microbios.
Al comparar sus genes, los científicos han obtenido información sobre la evolución de CRISPR. En 2024, los investigadores concluyeron que los ancestros comunes de todos los seres vivos portaban moléculas CRISPR.
Pero ¿de dónde proviene esta defensa basada en la destrucción del ADN?
Cuando los biólogos intentan mirar tan atrás en el tiempo, la imagen se vuelve borrosa. Es como mirar a través de un telescopio: cuanto más lejos se mira, más borrosas se ven las estrellas.
Hace dos años, Peter Yoon, por entonces estudiante de posgrado que trabajaba con el Dr. Doudna, se propuso construir un telescopio mejor. En lugar de examinar los genes CRISPR, estudió las moléculas codificadas por esos genes.
Un gen sirve como plano para una proteína. Cuando un gen muta, la proteína que codifica también puede cambiar; sin embargo, a veces, una mutación genética no tiene ningún efecto. La proteína puede conservar su estructura general incluso después de miles de millones de años.
La forma de una proteína determina las reacciones químicas que puede llevar a cabo. Una vez que una proteína evoluciona para realizar una función específica, generalmente continúa realizándola. «La naturaleza es muy perezosa», afirmó el Dr. Yoon, quien ahora forma parte del equipo técnico de Anthropic, la empresa de inteligencia artificial.
En colaboración con Kenneth Loi, un estudiante de posgrado, el Dr. Yoon examinó 2,3 millones de proteínas y encontró cientos que se parecían a las moléculas CRISPR, pero que no formaban parte de esos sistemas de edición genética en los microbios.
Nadie había logrado descifrar la función de estas proteínas similares a CRISPR. Pero el Dr. Yoon y el Sr. Loi descubrieron un hecho sorprendente: casi todas provenían de virus.
“Fue una inversión total de lo que esperábamos”, dijo el Dr. Yoon. CRISPR es un arma que los microbios, como las bacterias, utilizan contra los virus. Ahora, los científicos estaban encontrando virus que parecían portar una versión de esta tecnología.
El Dr. Kranzusch señaló que este descubrimiento habría sido imposible hace tan solo unos años. Los sistemas de inteligencia artificial permiten ahora a los científicos descubrir conexiones ancestrales entre proteínas que permanecían ocultas hasta ahora.
“Es una magnífica demostración del poder de estos métodos”, afirmó.
El Dr. Yoon y sus colegas bautizaron a estas proteínas como VIPR y se propusieron averiguar cómo funcionaban. Para ello, tuvieron que realizar experimentos con virus reales.
En su lista de candidatos, se fijaron en una cepa que la Dra. Doudna tenía almacenada en el congelador de su laboratorio para otros experimentos.
“Tuvimos muchísima suerte”, dijo el Sr. Loi. “Simplemente descongelamos el virus, infectamos algunas células y dijimos: ‘Veamos qué encontramos’”.
Las células infectadas producían proteínas VIPR, que luego se unían a moléculas de ARN viral. Y, al igual que CRISPR, estas moléculas se dirigían al ADN viral, según descubrieron los investigadores.
Mientras que las proteínas CRISPR cortan los genes, las proteínas VIPR los envuelven. El efecto es el mismo: los genes objetivo se desactivan.
La doctora Doudna y sus estudiantes ven en esta bioquímica un arma que los virus deben estar desplegando contra otros virus. «Todo empieza a tener sentido», dijo. «Esto es una especie de guerra viral ancestral».
La idea es que, cuando dos virus infectan la misma célula, compiten por el control de su maquinaria molecular. Un virus que porta genes VIPR puede neutralizar a su rival. Solo el virus victorioso logra replicarse dentro del huésped.
La Dra. Doudna y sus colegas proponen que el VIPR surgió en los inicios de la historia de la Tierra, hace más de cuatro mil millones de años. A medida que los virus competían por infectar a los primeros microbios, luchaban entre sí mediante moléculas que dirigían la manipulación genética. Esa lucha continúa hasta el día de hoy.
Los investigadores sugieren que CRISPR surgió de esta arma viral cuando los microbios se apropiaron del sistema para su propio beneficio. Es bastante común que los genes virales terminen accidentalmente en los genomas de sus huéspedes. (Nuestro propio ADN está repleto de ellos ).
“Puedes imaginarte que VIPR es como un arma que los virus se apuntan entre sí”, dijo el Dr. Yoon. “Si las bacterias simplemente la roban, se convierte en un sistema inmunitario”.
Queda por ver si el VIPR puede convertirse en una herramienta de edición genética. Pero su descubrimiento ha llevado a los científicos a preguntarse si la larga batalla entre virus ha producido otras armas genéticas aún desconocidas.
“Me sorprendería mucho que VIPR fuera el último sistema de focalización inesperado que descubramos”, dijo Rafael Pinilla-Redondo, virólogo de la Universidad de Copenhague que no participó en los estudios.
La Dra. Doudna dijo sentirse conmovida al pensar que un precursor de los sistemas de edición genética había estado guardado en el congelador de su laboratorio durante años: «Es un gran recordatorio de lo poco que aún entendemos sobre biología».
Tags
