Miles de virus parecen haber robado el mecanismo de edición de genes de las bacterias.
La célebre herramienta de edición de genes CRISPR comenzó como una defensa bacteriana contra los virus invasores. Pero resulta que los virus, objetivos previstos, han robado CRISPR para sus propios arsenales. Un nuevo estudio revela que miles de virus que atacan a las bacterias conocidas como bacteriófagos (fagos, para abreviar) contienen las secuencias genéticas del sistema CRISPR, lo que sugiere que pueden desplegarlas contra los fagos rivales. El hallazgo es un testimonio del poder del arma molecular y puede hacer que CRISPR sea aún más valioso como editor de genes de laboratorio.
El descubrimiento abre puertas para posibles nuevas aplicaciones de los sistemas CRISPR.
Al igual que otros virus, los fagos no pueden reproducirse por sí solos. En cambio, secuestran la maquinaria molecular de las bacterias y, a menudo, matan a sus anfitriones en el proceso. El sistema CRISPR permite que las bacterias se defiendan al incluir tramos repetitivos de DNA que coinciden con secuencias de fagos encontrados previamente. Si estos mismos fagos atacan a una bacteria nuevamente, utiliza este DNA repetitivo para codificar hebras de RNA que pueden dirigir una enzima asociada, que actúa como un par de tijeras genéticas, para cortar el genoma del fago en lugares específicos.
Durante la última década, los científicos han estado trabajando para convertir esta defensa inmunológica en una técnica de edición de genes para innumerables usos, incluida la mejora de las defensas de los cultivos, la detección de patógenos y la lucha contra enfermedades como el cáncer.
El DNA característico que codifica los componentes del sistema CRISPR había aparecido previamente en un puñado de fagos. Pero los científicos consideraron estos hallazgos como meras «curiosidades», dice Jennifer Doudna de la Universidad de California (UC), Berkeley, quien compartió el Premio Nobel de Química 2020 por mostrar cómo adaptar el sistema CRISPR para apuntar a secuencias particulares. Pero nos hicieron preguntarnos si estos sistemas eran más comunes.
Para averiguarlo, Doudna, y sus colegas buscaron ejemplos adicionales de CRISPR en el mundo de los fagos. Analizaron el DNA extraído de una variedad de entornos que son ricos en huéspedes bacterianos para los virus, incluidos el suelo y la boca humana. Esta red de arrastre descubrió más de 6000 tipos de fagos que contienen DNA del sistema CRISPR. También examinaron las secuencias del genoma del fago que se habían publicado en bases de datos en línea y encontraron incluso más instancias de virus portadores de CRISPR.
Aunque menos del 1% de los fagos tienen las secuencias, los investigadores no esperaban una distribución tan amplia de un sistema antifago en los fagos.¿Por qué los fagos adquirirían un sistema que evolucionó para aniquilarlos? La razón más probable, dice Doudna, es vencer a la competencia. Múltiples virus pueden atacar a una bacteria al mismo tiempo, lo que lleva a «guerras de fagos» dentro de una célula infectada. Las bacterias también son vulnerables a cadenas de DNA rebeldes conocidas como plásmidos que obligan a las células a copiarlas. Al destruir a estos rivales con el sistema CRISPR, los fagos pueden tener la maquinaria de replicación para ellos solos.
Presuntamente, los fagos robaron estas secuencias del sistema CRISPR de sus víctimas microbianas. Desde entonces, los virus han personalizado los sistemas para sus propios fines. Por ejemplo, algunos fagos parecen haber perdido la capacidad de generar ciertas moléculas que pueden matar bacterias, posiblemente para preservar a sus huéspedes para que produzcan más fagos.
Los trucos de edición de genes de los fagos pueden inspirar nueva biotecnología. Por ejemplo, la mayoría de los enfoques basados en CRISPR ahora se basan en la enzima Cas9 para cortar el DNA. Sin embargo, Cas9 es tan grande que no puede caber en algunos virus que se usan para modificar células genéticamente. Sin embargo, varios fagos cuentan con una versión reducida conocida como Cas-lambda que es aproximadamente un 50% más pequeña, según descubrió el equipo de Doudna y Banfield. Esta enzima más pequeña podría permitir nuevas aplicaciones de edición de genes para CRISPR, como la alteración de los genomas de las plantas, aunque los investigadores primero tendrían que superar varios obstáculos de bioingeniería.
Doudna y colegas hicieron una gran contribución científica (otra vez!) al descubrir tantos fagos portadores de CRISPR que habían eludido a otros científicos. Aun así, se requiere todavía evidencia de que los fagos realmente usan sus sistemas CRISPR cuando invaden bacterias.
Ronald Palacios Castrillo, M.D.,PhD.