Durante siglos se ha buscado explicar los orígenes y el mecanismo de transmisión de la herencia, cuyos avances han ido de la mano con el desarrollo de tecnologías que han permitido explorar los sistemas biológicos y dar respuestas a  cuestiones de biología, anatomía, fisiología, genética, entre otros, para generar el conocimiento que se tiene hoy en día, el cual  sirve como herramienta para la implementación de nuevos avances en beneficio de la salud. 

 

Figura 1. Watson y Crick mostrando su modelo de ADN de doble cadena. Dominio público.

Uno de los primeros pasos que se dieron en la investigación biomédica fue la invención del microscopio por Zaccharias Janssen alrededor de 1590 y a partir de ahí vendrían las mejoras a este equipo como lo fue el primer microscopio compuesto creado por Robert Hooke en 1655, con cuyo avance se describieron las primeras observaciones de varios organismos y posteriormente en 1673 Leeuvenhoek fabricó sus propios microscopios simples lo que lo llevaron al descubrimiento de los glóbulos rojos y algunas bacterias. De esta manera se comenzó a abrir camino en la investigación biomédica. Después del descubrimiento de las células, bacterias y otros microorganismos se comenzaron a plantear preguntas más elaboradas acerca de la herencia de las características de los individuos, cuyas investigaciones comenzaron con el monje George Mendel, quien en 1866 formuló las reglas de la herencia mediante sus experimentos con chícharos, lo que dio origen a la llamada genética mendeliana. Unas décadas más tarde, en 1909, Johanssen propone el término fenotipo y genotipo y define de manera exacta el término gen. En 1910 Morgan realizó sus investigaciones en los cromosomas de la mosca Drosophilia, abriendo en campo a lo que se conoce como citogenética (estudio de los cromosomas) y en 1915 publica: “Mecanismos de la herencia mendeliana” en la cual se indica que el gen es la unidad del cromosoma, mientras que Mcleod y Mcarthy demostraron en 1944 que el gen es la unidad física de la herencia.

Para 1950 Chargaff estudió la bioquímica del ADN y en 1951 Rosalind Franklin y Wilkins, mediante sus experimentos con rayos X descubrieron que el ADN tiene una estructura helicoidal. Un salto extraordinario se dio cuando en 1953 Watson y Crick publicaron la estructura de doble hélice del ADN basándose en los experimentos de los anteriores, abriendo camino a la biología molecular. Los grandes sucesos de la genética se dieron en 1977 con la clonación de la oveja Dolly y en el año 2000 con el secuenciamiento completo del genoma humano, pero uno de los desarrollos que hoy en día son base en el estudio del ADN es la reacción en cadena de la polimerasa la cual fue desarrollada por Kary Mullis en 1983 y obteniendo el premio Nobel de Química en 1993 por este descubrimiento. La PCR es una técnica con la cual se puede amplificar los fragmentos de ADN de una muestra y obtener millones de copias del mismo para su estudio.

Actualmente la biología molecular ha tenido grandes avances mediante las nuevas técnicas de manipulación genética que se han implementado. Uno de los avances más importantes en la biología molecular fue el descubrimiento de las endonucleasas de restricción, enzimas con la capacidad de cortar sitios específicos del ADN al encontrar una secuencia de nucleótidos determinada. A partir de esta enzima se comenzaron a realizar ediciones en el genoma de bacterias y fue en 1972 cuando se genera el primer ADN recombinante. Para llevar a cabo estas técnicas, se aprovecha la presencia de plásmidos bacterianos, los cuales son moléculas de ADN circulares presentes en el citoplasma de las bacterias, es decir, son un fragmento de ADN independiente al material genético presente en el cromosoma. A partir de estos plásmidos es donde se lleva a cabo la edición genética, ya sea cortando o añadiendo genes. Una aplicación de esta técnica es la producción de insulina dentro de bacterias E. coli, insertando el gen que codifica para esta proteína dentro del plásmido de la bacteria. A este tipo de ADN se le llama ADN recombinante y no es más que la unión de genes provenientes de dos organismos distintos mediante una técnica in vitro.

En 2016, los investigadores del MIT (Massachusetts Institute of Technology, EE.UU.) crearon un lenguaje de programación para la edición genética en la bacteria E. coli. Este lenguaje se basa en Verilog, un lenguaje utilizado para la programación de chips. El lenguaje permite la elaboración de genes y a partir de ellos se crea la cadena de ADN que será introducida en la bacteria que posteriormente lleva a la transcripción y traducción este gen.

 

Figura 2. Edición con CRISPR/Cas9, de Gen Edit Inc.

 

La tecnología CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) es otra herramienta molecular para la edición  genética.  Actualmente, CRISPR es utilizada para la edición del genoma de células de cualquier organismo (no se limita a bacterias), lo que se demuestra con la edición del gen MYBPC3 en embriones humanos, cuyas mutaciones producen cardiomiopatía hipertrófica. Se logró la edición exitosa del gen y con ello se comprobó la viabilidad técnica de CRISPR. Cabe mencionar que en este estudio ningún embrión fue implantado en útero.

El fundamento de esta técnica tiene sus orígenes en el descubrimiento de la capacidad que tienen algunas bacterias de defenderse ante infecciones de bacteriófagos (virus que atacan a bacterias), logrando reconocer su propio material genético y el extraño, eliminando así los genes del virus. Este mecanismo se basa en la presencia de secuencias palindrómicas repetidas (secuencias de ADN que se leen de igual forma de inicio a fin y viceversa) en bacterias, que están unidas a secuencias del genoma conocidas como espaciadores. Las secuencias repetidas se denominaron como CRISPR (Repeticiones Palindrómicas Cortas Agrupadas y Regularmente interespaciadas) y están estrechamente relacionadas a los genes que codifican para la proteína Cas, la cual es un tipo de nucleasa (corta secuencias de ADN). Cuando el material genético del virus interacciona con este complejo, es inactivado.

De igual manera esta misma maquinaria puede tomar fragmentos del ADN viral e integrarlo dentro de su genoma y cuando la bacteria se reproduzca, la descendencia tendrá adicionado a su ADN esta secuencia, lo que lleva a la protección de ese mismo virus mediante un reconocimiento e inactivación más rápidos del ADN del bacteriófago. De igual manera, con este complejo se pueden activar o desactivar genes dependiendo de la zona espaciadora donde actúe el complejo. Este mecanismo ha sido implementado en otros organismos con éxito y supone un gran avance en la edición genética.

Con estas nuevas técnicas se desea corregir errores en el genoma humano, eliminando definitivamente genes que lleven a la expresión de enfermedades o incluso añadir secuencias de genes que den características específicas, dando así mejoras a los organismos y abriendo un nuevo panorama en la edición genética.

Autor

Liliana Rivera

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