CRISPR: el 'hágalo usted mismo' de la genética aplicado a la agricultura

En 2003, el científico español Francis Mojica descubrió un curioso mecanismo de defensa empleado por ciertos microorganismos de las playas de Santa Pola. Más tarde, en 2020, las científicas Jennifer Doudna y Emmanuelle Charpentier recibieron el Premio Nobel de Química por el desarrollo de una interesante herramienta de edición genética. 

Estas pueden parecer historias inconexas. No obstante, la segunda no hubiese podido ocurrir sin la primera y sin la segunda no dispondríamos de una técnica tan útil como CRISPR.

La técnica CRISPR-Cas9, basada en el mecanismo de defensa microbiano descubierto por Mojica y diseñada y desarrollada por Doudna y Charpentier, permite hacer, a grandes rasgos, un corta y pega con el ADN de cualquier organismo. 

De este modo, se pueden eliminar los genes no deseados y sustituirlos por otros que sí son de utilidad. Se pueden corregir mutaciones que causen enfermedades u obtener cultivos vegetales más resistentes. 

Esta última es solo una de las muchas aplicaciones que tiene CRISPR en agricultura. Y es que, si bien podría decirse que está todavía en pañales, todo apunta a que cada vez tendrá más relevancia en esta y otras muchísimas áreas.

Como cualquier modificación genética, las que se realicen a través de CRISPR deben someterse a muchas regulaciones. Esto, más allá de generar miedo, debe ser tranquilizador. 

En el futuro habrá cada vez más productos derivados de cultivos modificados genéticamente, y el hecho de que hayan pasado tantísimas regulaciones los hace mucho más seguros que otras técnicas sujetas a muchos menos controles. 

En este artículo vamos a ver en qué consiste y cuáles son sus aplicaciones. Pero debemos empezar por el principio, viajando varias décadas hacia atrás, a una de las bonitas playas de Santa Pola.

Allí empezó todo

En realidad, todo empezó en la década de 1990. Francis Mojica estaba realizando su tesis doctoral sobre la arquea Haloferax mediterranei. Este es un microorganismo capaz de sobrevivir a concentraciones muy altas de sal. Su objetivo era saber qué secreto oculto en los genes le garantiza este superpoder. 

Pero en la búsqueda, como suele ocurrir con otros muchos hallazgos científicos, el investigador se topó con algo muy interesante, que no tenía nada que ver con lo que buscaba.

Vio que estas arqueas tienen en su genoma unas secuencias repetidas diferentes a cualquier otra estructura de ADN que hubiese visto antes. Debían tener una función, que no parecía estar relacionada con la resistencia a la salinidad. De hecho, se encontraba en más microorganismos, como la bacteria Escherichia coli.

No sabía de qué se trataba, pero intuía que era algo grande, así que decidió cambiar el rumbo de su investigación y centrarla en descubrir para qué servían estas secuencias repetidas. 

Se unió a un equipo de la Universidad de Utrecht, con el que, en el año 2000, puso por fin nombre a estas secuencias. Las bautizó como CRISPR, por las siglas de Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeat. O, lo que es lo mismo, “repeticiones palindrómicas cortas agrupadas y regularmente interespaciadas”. Muy descriptivo todo.

Ya tenían nombre, pero aún no sabían para qué servían. La respuesta a esta pregunta fue la que llegó en 2003. Ese año, Francis Mojica descubrió que se trataba de un mecanismo de defensa que utilizaban las arqueas para protegerse de infecciones víricas. Curiosamente, actuaban como unas tijeras, que cortaban el ADN del virus que intentaba introducirse en su genoma, deteniendo así la infección.

En ese momento, la que había sido una investigación casi anónima, captó la atención de científicos de todo el mundo. Eran muchos los grupos de investigación que, como Mojica, se habían dado cuenta de su potencial. 

Entre esos grupos, se encontraba el liderado por Charpentier y Doudna. Ellas terminaron de moldear CRISPR para convertirlo en la herramienta de edición genética que es hoy en día.

CRISPR: corta y pega donde quieras

El ADN está compuesto por bloques, conocidos como nucleótidos, que se enlazan para formar la típica hélice que todos conocemos. 

Cada uno de esos nucleótidos lleva unidos unos compuestos, conocidos como bases nitrogenadas, que pueden ser de cuatro tipos distintos: adenina, timina, guanina y citosina. Estas son las famosas letras que vemos cuando nos muestran una secuencia de ADN: A, T, G y C.

Las cadenas de ADN se unen entre sí por complementariedad entre sus bases. La adenina es complementaria a la timina y la guanina a la citosina. Por eso, los nucleótidos que lleven una A, por ejemplo, pueden unirse a aquellos que porten una T. También el ARN se puede unir al ADN por complementariedad. La única diferencia es que en el ARN no hay timina, sino uracilo, que es el que se une a la adenina del ADN.

En las bacterias y las arqueas, CRISPR contiene la secuencia complementaria al ADN de los virus que las han infectado en el pasado. Esto es algo que se ha desarrollado evolutivamente y que resulta muy útil para protegerlas de nuevas infecciones.

CRISPR se une por complementariedad al ADN del virus y, después, pone en marcha una proteína llamada Cas9, que se encarga de cortar la zona seleccionada. Así, se elimina el ADN viral que se estaba intentando unir al de la bacteria.

Tras este hallazgo, los científicos fueron conscientes de su potencial. ¿Qué pasaría si se cambiase la secuencia guía para unirse al ADN de cualquier especie? No tenía que ser necesariamente ADN viral. Fue así como nació la aplicación de CRISPR-Cas9 en ingeniería genética.

Para ello, se genera una cadena de ARN complementaria al ADN que se quiere modificar y se une a la proteína Cas9. Una vez en contacto con el ADN, la guía de ARN se pega al gen en cuestión, indicando a Cas9 dónde debe cortar. 

Llegados a este punto, pueden ocurrir dos cosas. Puede utilizarse un molde de ADN nuevo, que se coloca en el lugar del corte. Si no hay molde, la otra opción es que los extremos cortados se peguen, sin más. Por lo tanto, se pueden eliminar o modificar fragmentos de ADN.

CRISPR en el futuro de la agricultura

La herramienta CRISPR-Cas9 tiene muchísimas aplicaciones en un gran número de áreas; entre las que, por supuesto, se encuentra la agricultura.

Por ejemplo, gracias a CRISPR-Cas9 se pueden obtener plantas resistentes a enfermedades. En el caso de los virus, se podrían eliminar o modificar los genes que codifican las proteínas a las que se unen estos patógenos. También se podría hacer algo similar con hongos o incluso con insectos. Quitarles esa parte de la planta que tanto necesitan.

Algo curioso es que también se pueden modificar los propios insectos. Por ejemplo, se ha estudiado la posibilidad de alterar el genoma de aquellos que pueden causar plagas para que no sean capaces de transmitir ninguna enfermedad a los cultivos. Así, si estos se liberaran al ambiente, podrían reproducirse y desplazar poco a poco a los autóctonos.

Por otro lado, CRISPR es muy útil para mejorar el aspecto y la durabilidad de los cultivos. Esto es aplicable a cultivos de plantas, pero también de hongos. 

Buen ejemplo de ello son los champiñones modificados para evitar el ennegrecimiento. También se pueden obtener tomates más rojos y vistosos, otras hortalizas menos susceptibles a las manchas por golpes, alimentos con una vida útil más larga o incluso café directamente descafeinado.

Todo esto ya se ha hecho en el pasado mediante transgénesis. Es decir, la introducción en el ADN de genes de otras especies. El problema es que esto a veces conlleva efectos secundarios. 

Por ejemplo, se han dado casos de tomates más rojos y llamativos, pero con mucho menos sabor. CRISPR-Cas9, en cambio, va directo al problema, sin necesidad de transgenes, por lo que es más difícil que haya efectos secundarios.

El corta y pega que mira por tu salud

Sin duda, de todas las aplicaciones que tiene CRISPR-Cas9 en agricultura, las más interesantes son las que repercuten sobre la salud de las personas. No solo se pueden obtener alimentos más llamativos o duraderos. También esos mismos alimentos se pueden modificar para tener un valor nutricional mucho más completo. 

Además, gracias a estas tijeras moleculares se pueden alterar los genes de las plantas para convertirlas en fábricas de fármacos. Esto no es algo nuevo.

La planta de tabaco, por ejemplo, se ha utilizado para generar ciertas vacunas. Así, con grandes campos de cultivo se pueden obtener cantidades mucho más altas de estos y otros fármacos. Si se ha hecho con otras técnicas de modificación genética, no habría motivos para que no sea posible con CRISPR.

Esto no ha hecho más que empezar. Hemos visto un muestrario muy reducido de todo lo que puede ofrecer esta herramienta. Desde la viagra, ningún hallazgo científico ocurrido por casualidad había hecho felices a tantas personas.