Miguel RapelaEdición génica mediante sistemas Crispr/Cas

El Dr. Ing.Agr. Miguel Rapela, director Ejecutivo deInvestigación y Consultoría del Centro de la Propiedad Intelectual de la Universidad Austral analizó el escenario de la edición génica para la revista AgropostOnline.

 

 

El escenario de necesidades y recursos técnicos

Numerosos estudios han demostrado que alimentar y dar energía al mundo requerirá que la producción agrícola entre los años 2010 y 2050 se incremente al doble y para llegar a esta cifra se necesita una tasa de crecimiento de la productividad de los principales cultivos del orden del 2,4% por año. Sin embargo, los informes de la Organización y el Desarrollo Económico (OCDE) señalan que el crecimiento promedio anual de la agricultura en el período 2003/2012 fue del 2,1% y estima, para el período 2013/2022, un crecimiento del 1,5. Las investigaciones privadas son más pesimistas ya que indican que las mejoras promedio del rendimiento de maíz, arroz, trigo y soja están con un crecimiento del 1,2%, o sea justo la mitad de lo necesario.

Con el rápido aumento de la población mundial y el impacto del cambio climático en la agricultura (que en algunas regiones del planeta es responsable de más del 60% de la variación del rendimiento) se necesitan cultivos más productivos y con mayor tolerancia al estrés abiótico. El problema radica en que el mejoramiento genético convencional a través de la re-combinación genética (aún con la ayuda de la asistencia mediante marcadores moleculares), la mutagénesis aleatoria y la transgénesis, son procesos laboriosos, extremadamente lentos y, en ocasiones, sumamente regulados que hacen que el resultado no pueda seguir el ritmo de la creciente demanda de rendimientos. El mejoramiento genético de las especies cultivadas requiere de más herramientas para el desarrollo de productos que encuentren su espacio dentro de las franjas de relativa menor regulación.

Edición Génica y Crispr/Cas

La edición génica se conoce desde hace dos décadas e implica realizar modificaciones precisas en el ADN para cambiar un gen o la expresión de un gen. La edición génica puede usarse para activar o desactivar genes, insertar mutaciones puntuales, hacer modificaciones en las funciones génicas, mejorar un rasgo particular, hacer modificaciones epigenéticas y también insertar genes. Durante los últimos años se han desarrollado varios sistemas de edición génicas factibles de aplicarse en vegetales, tales como meganucleasas, Zinc-Fingers, TALENs y CRISPR/Cas. En lo que respecta a este último, desde su invención y desarrollo en el año 2013 a partir del descubrimiento del mecanismo inmune-adaptativo existente en bacterias, los sistemas CRISPR/Cas como técnica de edición génica han revolucionado todos los aspectos científicos relacionados con la materia viva y el mejoramiento vegetal. En particular, dado que proporcionan un nivel sin precedentes de precisión y control en el trabajo de edición de genes, evitando la introducción de alelos potencialmente nocivos procedentes del cruzamiento y la recombinación, eliminando la utilización de repetidas retrocruzas que demandan tiempo y esfuerzo para reconstruir el trasfondo genético de las líneas élite.

Los sistemas CRISPR/Cas han evolucionado a enorme velocidad incrementando significativamente la cantidad de especies en donde se han aplicado exitosamente, permitiendo la edición de genes directa, precisa, predecible, rentable y eficiente en comparación con cualquier tecnología de edición anterior, e incrementando significativamente nuestros conocimientos sobre genómica funcional. Entre muchos, y por su extrema complejidad técnica, un ejemplo notable de la capacidad de edición de los sistemas CRISPR/Cas fue el desarrollo de plantas de trigo con resistencia heredable al mildiu, mediante el knockout de los seis alelos de los tres genes presentes en las especies hexaploides. En cuanto a genómica funcional, los sistemas se han usado en arroz para construir una biblioteca de mutantes CRISPR/Cas a gran escala, de alta calidad, buena cobertura y distribución uniforme, identificando 1.535.852 sitios “blanco” localizados en las regiones exónicas de 52.916 genes.

Los sistemas CRISPR/Cas aún están en desarrollo y se deben seguir realizando esfuerzos científicos para obtener una tecnología madura y aprovechar todo su potencial. Las restricciones para la aplicación de estos sistemas en biotecnología agrícola son tanto técnicas como regulatorias. En cuanto a lo primero, no existen todavía métodos para introducir los sistemas CRISPR/Cas en todas las especies, y además algunas de ellas son muy recalcitrantes para la regeneración in vitro, sumado a la falta de genomas de referencia completos, relativo escaso conocimiento y localización de los sitios “blanco” para la edición, y riesgo de edición en sitios “no blanco”. En cuanto a lo segundo, existen dudas sobre el estatus regulatorio de algunos de los organismos editados, las limitaciones para el uso de la técnica debido a conflictos de patentes sobre los métodos, y el alcance de la protección mediante propiedad intelectual del organismo editado.

La regulación de los sistemas Crispr/Cas

Desde el sector del ambientalismo se han expresado preocupaciones sobre las relaciones que pueden existir entre el uso de los sistemas CRISPR/Cas y las plantas transgénicas. Dado que, entre otras cosas, los sistemas CRISPR/Cas permiten la inserción en forma precisa de genes en un organismo receptor, la relación tiene razonabilidad. Sin embargo, la principal aplicación de los sistemas CRISPR/Cas reside en su capacidad como herramienta para la edición del genoma en plantas y cultivos modelo con el fin de generar organismos convencionales libres de transgenes.

En cuanto se demuestra que el organismo editado no contiene ninguna inserción estable de una construcción genética definida (ADN extraño al organismo receptor) ni tampoco ningún vector asociado, se entiende que el nuevo organismo es convencional ya que no es posible distinguirlo de otro organismo de la misma especie desarrollado mediante métodos de mejoramiento tradicionales.

Argentina fue el primer país en el mundo en llevar esta definición a un cuerpo normativo legal, y fue seguido por Chile, Israel y Brasil. Por su parte, Colombia, Estados Unidos, Japón, Australia, Sudáfrica, Nueva Zelanda, para nombrar algunos casos, están en vías de elaboración de directrices similares conceptualmente a la de Argentina. En cuanto a la Unión Europea, en enero de este año el abogado general del Tribunal de Justicia consideró que la edición génica –como CRISPR/Cas9– integra la categoría de técnicas de mutagénesis y que, por lo tanto, no deben ser reguladas como un transgénico. La opinión no es vinculante para el fallo del tribunal, pero claramente ya marca una posición importante.

En vegetales, la especie que más trabajos publicados tiene mediante el uso de los sistemas CRISPR/Cas es el arroz. Las principales aplicaciones son el incremento de rendimiento bio-fortificación y tolerancia al estrés abiótico y biótico (virus, hongos y bacterias). China es el país con mayor cantidad de publicaciones seguido por los EE. UU y Europa. La heredabilidad de las mutaciones inducidas y el desarrollo de plantas libres de transgenes son las áreas más estudiadas.

La estricta regulación y el escepticismo público derivado de las campañas de comunicación negativas sin base científica generada desde grupos ambientalistas, hicieron que el desarrollo y llegada al comercio de plantas transgénicas y sus alimentos derivados haya sido muy lento. La seguridad ambiental y para consumo animal y humano de estas plantas y alimentos ha sido probada de todas las maneras posibles, pero los exorbitantes costos derivados de estas extremas medidas relegaron a la transgénesis al campo de las grandes compañías biotecnológicas, las únicas capaces de afrontar tales desafíos sin resultado seguro alguno. Ahora, el panorama que abren las técnicas de edición y los sistemas CRISPR/Cas es completamente distinto y las evidencias son claras; de las 1.146 familias de patentes que cubrie-ron la totalidad de presentaciones a nivel mundial a inicios del año 2017, casi el 62% provino de universidades.

Este cambio significativo respecto al desarrollo de la transgénesis, también fue acompañado por una modificación notable en el comportamiento de los principales científicos involucrados en el desarrollo de las técnicas. Casi sin excepción, todos han fundado compañías mediante las cuales licencian sus tecnologías.

El futuro de la Edicón Génica

En el año 2003, descifrar el genoma humano demandó 13 años de trabajo, la mayor colaboración científica alguna vez intentada y más de 3.000 millones de dólares de inversión. Este mismo trabajo hoy se puede hacer en un día a un costo inferior a 1.000 dólares. Lo que marca este cambio abrupto, es que hoy se dispone de un conocimiento fino de la información de secuencias y funcionamiento de los genomas de los organismos como jamás antes había ocurrido.

En este contexto la edición génica y los sistemas CRISPR/Cas emergen como el avance más disruptivo en el campo del mejoramiento vegetal desde la aparición de la transgénesis hace casi tres décadas atrás. Para poder tener una dimensión comparativa de este proceso, la ley de Moore (Gordon Moore, 1965) en informática, ampliamente comprobada, expresa que cada dos años se duplica el número de transistores en un microprocesador y, por su parte, la velocidad de grabación se incrementa 1,5 veces por año. En el campo de la edición génica, conocemos que 1 gramo de ADN podría contener hasta 455 exabytes de información (medio millón de discos duros modernos), lo cual es más que todos los datos digitales actuales en el mundo, por un gran margen y, por su parte, la velocidad de edición de los sistemas CRISR/Cas se duplica cada mes.

La edición génica y en particular los sistemas CRISPR/Cas constituyen una nueva y poderosa herramienta que se adiciona a las existentes y a disposición de los mejoradores vegetales. Su futuro es impredecible ya que la evolución es permanente. La posibilidad de editar genes con precisión y rapidez ahora es una realidad para el mejoramiento vegetal, pero más allá de eso, los sistemas CRISPR/Cas abren también una ventana de posibilidades para investigaciones sobre genómica funcional y comprender más sobre las bases fundamentales de los sistemas biológicos y en particular de la regulación génica.