El origen: una defensa bacteriana
CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) no fue diseñado en un laboratorio — fue descubierto en bacterias. En los años 1980 y 1990, los microbiólogos encontraron extrañas repeticiones palindrómicas en el genoma bacteriano, separadas por secuencias únicas (los «espaciadores»). No entendían su función hasta que en 2007 se demostró que esas secuencias eran fragmentos de ADN viral: trozos de los genomas de bacteriófagos que habían infectado a los ancestros de esa bacteria. El sistema CRISPR junto con las proteínas Cas (CRISPR-associated) constituye el sistema inmune adaptativo de las bacterias: cuando un virus infecta de nuevo la célula, un ARN guía complementario al espaciador activa a Cas para cortar y destruir el ADN viral.
El mecanismo de CRISPR-Cas9
La adaptación de CRISPR como herramienta de edición genómica fue desarrollada principalmente por Jennifer Doudna (UC Berkeley) y Emmanuelle Charpentier (Instituto Max Planck) y publicada en Science en 2012. En 2020 recibieron el Premio Nobel de Química por este trabajo.
El sistema CRISPR-Cas9 tiene tres componentes principales:
1. La proteína Cas9
Cas9 es una endonucleasa (enzima que corta) que actúa como las «tijeras» moleculares. La Cas9 más usada proviene de Streptococcus pyogenes(SpCas9). Tiene dos dominios de corte: HNH (corta el ADN complementario al ARN guía) y RuvC (corta la cadena no complementaria). Cuando ambos dominios actúan, generan un corte de doble cadena (DSB) en el ADN.
2. El ARN guía (sgRNA)
El ARN guía (single guide RNA, sgRNA) es una molécula de ARN sintética de ~100 nucleótidos que actúa como el GPS del sistema. Su extremo 5' contiene una secuencia de 20 nucleótidos complementaria al locus genómico diana. El ARN guía se une a Cas9 y la dirige hasta la secuencia correcta del genoma por complementariedad de bases. Cambiar la secuencia de 20 nt del ARN guía es suficiente para redirigir el sistema a cualquier otra secuencia del genoma.
3. La secuencia PAM
Para que Cas9 corte, el ADN diana debe estar flanqueado por una corta secuencia llamada PAM (protospacer adjacent motif). Para SpCas9, la PAM es NGG(N = cualquier nucleótido, G = guanina), que está presente en el genoma humano una vez por cada ~8 pares de bases. Esto hace que prácticamente cualquier secuencia del genoma sea editable con CRISPR-Cas9.
1. Diseñar un sgRNA de 20 nt complementario al gen diana
2. Introducir sgRNA + Cas9 en la célula (vector viral, electroporación, ARNm, ribonucleoproteína)
3. Cas9 recorre el genoma buscando PAM (NGG) y verifica complementariedad con sgRNA
4. Cas9 corta las dos cadenas del ADN → la célula repara el corte
Reparación del corte: NHEJ vs HDR
Cuando Cas9 genera un corte de doble cadena, la célula lo repara mediante dos mecanismos principales con consecuencias muy diferentes:
NHEJ — Unión de extremos no homóloga
La NHEJ (Non-Homologous End Joining) es el mecanismo de reparación predominante en células en reposo (G1). Es rápido pero impreciso: frecuentemente introduce pequeñas inserciones o deleciones (indels) en el sitio de corte. Resultado: desactivación del gen (knock-out). Esto es útil para estudiar la función de un gen o para tratar enfermedades causadas por ganancia de función.
HDR — Reparación dirigida por homología
La HDR (Homology-Directed Repair) usa una plantilla de ADN aportada externamente para reparar el corte con precisión. Resultado: corrección de mutaciones (knock-in). Es más precisa pero mucho menos eficiente (ocurre principalmente en células en fase S) y difícil de aplicar en tejidos no divisiónales como neuronas.
Variantes avanzadas: base editing y prime editing
Base Editing
Desarrollado por David Liu (Broad Institute, 2016), el base editingusa una Cas9 «muerta» (con un dominio de corte inactivado, «nicking» o blunt) fusionada a una deaminasa química. En lugar de cortar ambas cadenas, convierte directamente una base en otra (A→G o C→T) sin generar un DSB. Es más seguro y más eficiente para corregir mutaciones puntuales, aunque solo puede hacer cuatro tipos de cambios de base.
Prime Editing
También desarrollado por Liu en 2019, el prime editing usa una Cas9 nicking fusionada a una retrotranscriptasa. El ARN guía (pegRNA) lleva incorporada la secuencia correcta que se desea instalar. La retrotranscriptasa usa el pegRNA como plantilla para escribir la nueva secuencia directamente en el genoma. Puede instalar todos los 12 tipos de sustituciones de base, pequeñas inserciones y deleciones, con mayor precisión y menores off-targets que CRISPR-Cas9 estándar.
Primera terapia aprobada: Casgevy
En diciembre de 2023, la FDA de Estados Unidos aprobó Casgevy(exagamglogene autotemcel), desarrollada por Vertex Pharmaceuticals y CRISPR Therapeutics. Es la primera terapia basada en CRISPR aprobada para uso clínico. Está indicada para la anemia falciforme (drepanocitosis) y la beta-talasemia dependiente de transfusiones.
El mecanismo: se extraen células madre hematopoyéticas del propio paciente (ex vivo), se editan con CRISPR para reactivar el gen de la hemoglobina fetal (HbF) —que normalmente se apaga tras el nacimiento— y se reinfunden. La HbF compensa la disfunción de la hemoglobina adulta mutada. En ensayos clínicos, el 93.5% de los pacientes con anemia falciforme no tuvo crisis vasooclusivas graves durante al menos 12 meses.
Debates éticos: edición germinal y off-targets
Off-targets
Una preocupación central de CRISPR es los cortes fuera de diana (off-targets): Cas9 puede cortar en sitios del genoma con cierta homología con el ARN guía, potencialmente causando mutaciones indeseadas. Las nuevas variantes (eSpCas9, HiFi Cas9, evoCas9) tienen fidelidad mejorada, y los métodos de detección (GUIDE-seq, CIRCLE-seq) permiten cuantificar los off-targets con alta sensibilidad.
Edición germinal: el caso He Jiankui
En 2018, el científico chino He Jiankui informó haber editado embriones humanos con CRISPR para inactivar el gen CCR5 (receptor de entrada del VIH) y transferido dos bebés niñas (Lulu y Nana) nacidas con el genoma editado. La comunidad científica condenó el experimento de forma unánime: fue realizado sin supervisión ética adecuada, con posibles off-targets entregados en línea germinal (cambios que pasarán a todas las generaciones futuras) y sin necesidad médica justificable. He Jiankui fue condenado a tres años de prisión en China. El caso aceleró el debate internacional sobre la necesidad de regular la edición germinal humana.
✂️ Poner a prueba mi conocimiento sobre CRISPR