BIO-GENÉTICA REVISTA INFORMATIVA
COLEGIO CIMA
CEAR 1 4to Año de Secundaria
OCTUBRE DE 2020
EDICIÓN GENÉTICA
ÍNDICE Pág. 3: Editorial Pág. 4: Coronavirus Pág. 5: Historia del colegio CIMA Pág.6-8: Entrevista (Profesor Jorge Failoc) Pág. 9-10: Entrevista (Profesor Marco Santa Cruz) Pág. 11: Función de la Edición Genética Pág. 12 - 15: Métodos de la Edición Genética Pág. 16 - 17: Desafíos de la Edición Genética Pág. 18: Ética de la Edición Genética Pág. 19: Referencias
Editorial
Integrantes -Fabricio Tirado Vera -Felipe Rubio Vigo -Brian Gonzales Curay -Mauricio Oliva del Aguila -Alejandra Gonzales Castañeda
Sean todos ustedes bienvenidos a BIO-GENËTICA, que ha sido creada con la finalidad de dar posibilidad a los estudiantes de crear un espacio donde todos sean capaces de ser críticos al interpretar información relacionada con la biomedicina. Asimismo este proyecto se convierte en una oportunidad de ir dirigida principalmente a los jóvenes y a toda la sociedad en general para ayudar a que los alumnos desarrollen mediante el trabajo cooperativo habilidades de redacción, coherencia y comunicaciones. En el siguiente trabajo se presentarán las respuestas a las diversas preguntas que se generaron al referirse acerca de los temas planteados tomando en cuenta los objetivos, funciones, desafíos y características del tema planteado. Esta investigación elaborada por los estudiantes de CEAR I tiene como principal objetivo dar a conocer información acerca de la biomedicina que ayude a tratar múltiples enfermedades genéticas como la leucemia y el VIH. Esperamos que este proyecto sea de su agrado y que disfrute de toda la información brindada. El trabajo elaborado fue necesario para ampliar información acerca de cómo podríamos tratar enfermedades gracias a la edición genética y también informarnos sobre el trabajo que han hecho diversos científicos para descubrir metodologías de edición genómica. Ofrecemos una valoración e integración del tema tratado, para así convocar y motivar a nuestros lectores a identificar su criterio con respecto al tema.
Hemos culminado el presente trabajo con la ayuda de profesores y el apoyo mutuo de todos los integrantes. Esperamos que este proyecto pueda cumplir con sus expectativas y que se pueda visualizar nuestro desenvolvimiento individual y grupal. Muchas gracias por leer BIO-GENËTICA.
EL ENEMIGO INVISIBLE ¿Qué es el Coronavirus? Los coronavirus (CoV) son una amplia familia de virus que pueden causar diversas afecciones, desde el resfriado común, hasta infecciones respiratorias graves.
¿Qué es el COVID-19?
¿Cómo se transmite? Una persona puede contraer el COVID‑19 por contacto con otra que esté infectada por el virus.Se transmite de persona a persona a través de gotitas que expulsa una persona enferma al hablar, toser o estornudar. Las gotitas pueden ser inhaladas por las personas que están cerca al enfermo y también quedarse en cualquier tipo de superficie (pasamanos, mesas, lapiceros, entre otros) y ser tocadas por las manos.El virus ingresa a nuestro organismo cuando nos tocamos los ojos, la nariz y la boca con las manos sin lavar.
¿Sabías que...?
El coronavirus tiene un genoma de ARN de 30 mil pares de bases nitrogenadas. Estas se cortan en fragmentos que, gracias a unas cadenas de ácido nucleico conocidas como "primers", se pueden amplificar, usando kits y equipos para secuenciamiento genético.
El COVID‑19 es la enfermedad infecciosa causada por el coronavirus que se ha descubierto más recientemente. Tanto este nuevo virus como la enfermedad que provoca eran desconocidos antes de que estallara el brote en Wuhan (China) en diciembre de 2019. Actualmente el COVID‑19 es una pandemia que afecta a muchos países de todo el mundo.
Historia Historia del del colegio colegio CIMA CIMA
HISTORIA S egún la entrevista hecha al docente
Marco Santa Cruz, nos cuenta que el colegio empezo como academia por los 2000, y luego de 3 años se decidio cambiarse a colegio, pues el Doc. Segundo Herrera vio que los alumnos de la academia no venian academicamente preparados para ingresar a una universidad, y tomo dicha desicion de formar un colegio, en ese momento solo secundario En los inicios el colegio se ubicaba por la Av Alfonso Ugarte, lugar donde actualmente es la Academia CIMA pero empezo solo con un piso, aulas pequeñas en un espacio reducido, pero gracias a la calidad de los estudiantes y maestros, CIMA ya empezaba a ser grande, pues con solo decirte que la primera promocion ingresaron todos a una universidad nacional, se veia un gran futuro en el colegio, pues como lo conocemos, seria uno de los primeros grandes meritos que tendria CIMA Pasado ya un tiempo, se decidio construir el edificio en el que actualmente esta la academia, pero llegaron tantos estudiantes que en un año se llenaron las aulas, lo cual tuvieron que tomar otra decision que fue instalar una sede en La Victoria, la cual es una de las dos sedes actuales del colegio y la mas principal. Luego viendo que todavia algunos alumnos no venian academiacmente listos para secundaria, decidieron hacer primaria en el colegio y con el mismo pensamiente posteriormente inicial. Actualmente CIMA ya es de los mas grandes colegios del norte, a pesar de no tener tantos años de creacion. Sus ultimos logros actualmente son todos los premios ganados regionalmente tanto en matematicas como en comunicacion, sus alumnos que cada año pasan una gran cantidad a la fase final de el concurso nacional de matematicas (CONAMAT), o de las mas recientes, ser el primer puesto de todo Lambayeque en el censal del año pasado. Tambien mencionar que a pesar de los problemas que ha traido la pandemia del covid-19, el colegio no se rindio y pudo empezar esta fase virtual de la enseñanza
FUNDACIÓN DEL COLEGIO En
el 2000, aproximadamente, CIMA fue creado como academia para que en 3 años el Doc. Segundo Herrera Jara y algunos docentos como los profesores WIlmer Neyra y Luis Rios Garabito decidieran fundar el CIMA como colegio en octubre del 2003.
OBJETIVOS Fundado
ya el colegio, la institución tenia como objetivo lograr que el estudiante domine conocimientos y sea capaz de ingresar a cualquier universidad que se proponga. Se llego lograr a dicha meta, pero los directivos vieron que faltaba algo: los estudiantes se empezaban a volver mecánicos, y por eso el colegio CIMA actualmente tienen el objetivo que el estudiante sea una persona reflexiva, cuestione la realidad de su entorno, integro en valores sin dejar alado los conocimientos..
Actualmente, estos objetivos se estan cumpliendo gracias a la gran calidad de docentes no solo para enseñar, sino para inculcar valores y cuando salga del colegio sea un gran profesional. Y parte también de los estudiantes que en conocimientos van representado al colegio e integro en valores, como lo es un alumno CIMA
Entrevistas
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Entrevista al Mbgo. Jorge Failoc
uy buenas tardes jovencitos y a la población estudiantil de nuestro colegio CIMA, la oportunidad de compartir para todos ustedes el hecho de que estamos celebrando un aniversario más de nuestro colegio, y la oportunidad de homenajearlo de manera virtual, no olvidándonos que es el lugar que nos acoge y que es la manera académica de poder retribuirlo . Quien les habla, un amigo, un profesor del colegio CIMA, Jorge Failoc del área de biología, y me alegra mucho que se tome temas actuales, temas que, pues incluso tienen mucha controversia, porque es un punto de nuestro siglo XXI. A pesar de que, este capítulo de la genética llamada la edición genética tiene una historia muy interesante, voy a empezar con lo básico para que luego empiece la interacción entre ustedes, los entrevistadores, y yo, el entrevistado. Desde el descubrimiento que se hace con los virus, que afectan a las bacterias que son más numerosos que todos los seres vivos.Una vez que se adhiere a la pared bacteriana, su genoma ingresa apoderándose del genoma bacteriano para así poder formar más bacteriófagos, pero la bacteria no se queda atrás, las bacterias tienen un mecanismo de defensa innato para poderse defender de los virus, lo llaman como la inmunidad natural de las bacterias, y esto nos lleva al siglo XIX, el estudio de las bacterias, referentes a que ellas tienen unas enzimas que se llaman enzimas de restricción con las que se pueden defender de los genomas virales. De esa manera impiden que los virus las ataquen fácilmente. Pero si los virus no tuvieran esa propiedad de atacar a las bacterias, estas se hubieran multiplicado más y nos hubieran hecho tanto daño. La edición genética es una herramienta, una técnica que se emplea para manipular el ADN utilizando las enzimas propias de las células que tienen para poder repararlo.Desde ahí comenzamos a partir para conocer de dónde viene el término edición, es como si yo cogiera un artículo de una revista y comenzar a editarla, y si esta palabra no me gustó, yo la puedo cambiar, acomodarla a mi gusto, edito. Eso viene a ser en términos sencillos la edición genética.
¿LOS MÉTODOS SON SUFICIENTEMENTE EFICACES PARA PODER REALIZAR CUALQUIER TIPO DE EDICIÓN GENÉTICA?
C
uando se logró descubrir en un tiempo prudente, después de muchas investigaciones, la historia nos dice que en el año de 1987 se logró codificar, desarrollar, a través de un proceso que tiene la edición genética, descubrir en la bacteria como ellos podían utilizarla para poder editar el genoma. Hasta cuando a partir ya del 1990 al 2000 se obtuvo a través de la edición genética la primera célula sintética utilizando un genoma bacteriano. Pero qué pasaba en ese entonces, de que los procesos que se utilizaban eran no confiables, no muy precisos y más aún, se invertía demasiado dinero para un beneficio… Entonces los ingenieros genéticos se preguntaron: ¿Por qué en lugar de manipular y crear un nuevo ADN para agregarlo a secuencias de bases nitrogenadas, si podemos manipular directamente las moléculas? Y ahí es donde nace recién la manipulación en vivo a la célula sin poder agregarle un ADN nuevo, y para eso existen estos métodos, y para nuestro conocimiento existen 3 métodos que utilizan esas enzimas de restricción: las nucleasas, las cuales rompen y son proteínas que se encargan de manera natural de hacer reparaciones al ADN en el momento de formación. Cuando el ADN se está replicando sale con alteraciones, pero ¿Por qué no se expresa en el genotipo de un individuo? Porque las enzimas se encargan de reparar esos defectos. Es una maravilla de la naturaleza, que evitan las posibles mutaciones. Que son necesarias, sí, para hablar de evolución, pero son mutaciones que la célula “las arregla” utilizando esas enzimas, esas nucleasas y de eso trata: crear una enzima que repare esos daños y que ayude a quitar esos nucleótidos causantes de enfermedades. Uno de los métodos conocido como ZFN que utiliza nucleasas a las cuales se le agrega Zinc para ayudar a que actúen mejor y de eso se vale la ingeniería genética, si sirven para ayudar, ¿Por qué no mejorar el genoma? También hay otro método que lo llaman TALEN que también usa nucleasas pero que tiene muy parecido a las enzimas de transcripción (ADN a ARN) Entonces, ¿Qué tiene que ver el ARN para modificar al ADN? Mucho… Los métodos naturales que usa la célula para reparar los daños incluye al ARN, pero hay otro método que se llama CRISPR que se refiere a secuencias de ADN, pero se diferencia que en los dos otros usan moléculas de nucleasas que agregan ARN y proteínas, en cambio con este tercero, utiliza una enzima y ARN que hacen los procesos de manera individual. Entonces respondiendo a su pregunta, el tercer método es el más eficiente y específica, en lugar los otros dos solo usan una molécula. A criterio genético, sí son muy eficaces.
¿QUÉ TENDRÍA QUE OCURRIR CON LAS CADENAS DE ADN PARA QUE SE DÉ EFICIENTEMENTE ESTA EDICIÓN GENÉTICA? El ADN está conformado por los nucleótidos que se juntan con otros para formar una cadena. Y se forman dos cadenas, una en dirección en dirección opuesta a otra, lo que Watson y Crick lo llamaron las cadenas antiparalelas, donde también se forman las hélices. Eso nos dice la genética: el ADN está formado por una doble cadena, para que se forme un nuevo ADN se necesita que se corten las cadenas, y se forme una nueva (replicación semiconservativa). Esa es la base para entender qué es la DBS, trata de que las enzimas tratan de cortar la doble cadena, que se hace para formar una nueva molécula y reparar los daños que el ADN tiene en el momento de formar nuevos ADNs. Entonces para poder realizar una edición genética entran en juego esos cortes, porque si no se dieran no es posible formar un nuevo ADN.
¿HA ESCUCHADO DE LAS GEMELAS EDITADAS GENÉTICAMENTE EN CHINA? Sí, estoy muy al conocimiento de ello, han creado hasta embriones humanos, a pesar de que la parte ética no lo permite, pero China es uno de los países que está en contra a obedecer esa norma que a nivel mundial existe y eso causa mucha controversia. Pero este país ha aprovechado al máximo la edición genética.
¿SON TAN IMPORTANTES LAS NUCLEASAS EN LA EDICIÓN DEL GENOMA Y PARA QUÉ ESPECÍFICAMENTE SIRVEN? Son muy importantes. Cuando estas enzimas se descubren (en bacterias) los procesos de edición genética la utilizan. Estas proteínas ayudan a conseguir una nueva secuencia de ADN o quitar la enfermedad de esta cadena. Modificar la secuencia de las bases nitrogenadas: el código genético. Y eso se trata de modificar, a pesar que la naturaleza nos indica que salimos con ese código, pero dentro de ese código hay un gen que están originando una alteración, y las enzimas la cortan y le agregan nuevas. Estas enzimas quitan secuencias de bases nitrogenadas, y el ADN se junta solo y se repara. Por consiguiente, son muy importantes. Sirven para quitar, modificar y arreglar.
¿SE DEBERÍA REALIZAR EXPERIMENTOS EN HUMANOS?
¿CUÁLES SERÍAN LAS VENTAJAS Y DESVENTAJAS QUE NOS TRAE LA EDICIÓN GENÉTICA?
Las ventajas puede ser que, de aquí a unos años, tendremos curas para enfermedades netamente genéticas, si nosotros incluimos los métodos de edición genética para mejorar una planta podríamos tener nosotros beneficio, para que, en los países poco desarrollados económicamente, esos alimentos que fueron modificados tengan mejor calidad nutricional, que los diferenciamos de organismos genéticamente editados. Otra ventaja podría ser encontrar fármacos más efectivos para combatir enfermedades bacterianas. Hay mucha ventaja para el humano. Los métodos han ayudado a mejorar las cepas de yogures para que este tenga una mejor calidad proteica. Y dependiendo de qué punto de vista lo vemos, sí hay ventajas. Una posible desventaja sería que estamos manipulando genomas y las consecuencias serían fatales si esos nuevos individuos tienen una alteración y se mantiene a través de otras generaciones, y tener humanos mutados. Sí hay ventajas, pero también hay desventajas.
Te doy un alcance, estos experimentos ya se han dado, se ha logrado a través de la edición genética la cura para varias enfermedades y se ha descubierto nuevas curas como la distrofia muscular, hasta un tratamiento de cáncer, la famosa inmunoterapia, a través de estos métodos las células madres han sido manipuladas para detectar las células cancerígenas y así por fin hallar una cura para el cáncer. Hoy en día la inmunoterapia da mucho crédito para tratar el cáncer, entonces como les digo, estos experimentos ya se han dado. Hay mucha controversia como dicen, porque hay grupos religiosos y políticos en contra de la edición, y por eso no se acepta a nivel mundial. Igual así se han dado, pero con sus restricciones ya que con la genética no hay nada cierto, podemos hallar una cura, pero no sabemos las posibles consecuencias que pueden traer y en qué generación. Y si existen casos en el que hubo consecuencias y por esto no se propaga en todos los países, pero de haber sí hubo experimentos. ¿Qué es lo que se hace para formar un nuevo individuo? Se utiliza la fertilización IN VITRO, ahí es donde se manipula el genoma. Podemos hallar una cura, pero no sabemos las posibles consecuencias que pueden traer y en qué generación. Y si existen casos en el que hubo consecuencias y por esto no se propaga en todos los países, pero de haber sí hubo experimentos. ¿Qué es lo que se hace para formar un nuevo individuo? Se utiliza la fertilización IN VITRO, ahí es donde se manipula el genoma.
¿USTED CREE QUE LA CODIFICACIÓN DEL ARN HARÍA MÁS EFICAZ LA MODIFICACIÓN DEL ADN REQUERIDO Y LA BASE NITROGENADA ESPECÍFICA? Exactamente, la razón es porque 1000 veces es manipular al ARN que, a una proteína, ya que esta está formada (por el ARN) y nosotros, los humanos somos 100% proteínas que trabajan en forma de hormonas, por esto es más fácil por eso la genética prefiere modificar al genoma.
Entrevista al docente Marco Santa Cruz
¿COMO FUE FUNDADO EL COLEGIO CIMA? Claro que sí lo primero que quiero expresar estamos en situación de pandemia, pero el colegio no es un lugar, no son cuatro paredes, es un sentimiento y va a ir siempre a donde vayamos en la medida que nos identifiquemos con él. Se irán nuestros recuerdos y maestros, pero automáticamente no nos vamos, siempre están con nosotros, esto es un hogar, no una casa. Ahora, ¿Cómo surge el colegio CIMA? Como colegio tiene 17 años, lo que llevo trabajando, entonces yo estuve ahí, pero no soy el fundador nato, los verdaderos fundadores fueron los docentes Wilmer Neyra y Luis Ríos, ellos estuvieron desde que la institución era una academia, 3 años antes, cuando se fundó ese colegio yo trabajaba en varios lugares, escuelas y universidades. Y ese año (2003) me dio 7 intentos de derrame. Entonces me llevaron al psicólogo y luego terminé en el psiquiatra, él me pregunta que, ¿Por qué trabajaba mucho, imagínate que te quedes torcido y ni podría limpiarme el trasero, de qué me serviría tanto? Y entendí, mi problema era muchos trabajos, y renuncié a la mayoría, en eso recibo a una llamada de mi promoción Luis Ríos Garabito, y me dice que ambos somos profesores de historia, y que quería que venga. Yo le digo que recién tuve un derrame y él quería que me dé otro. Entonces le dije que no. Entonces no sé qué le habrá contado el director al doctor, y a él cuando tiene un objetivo no se lo saca de la cabeza, por eso CIMA llegó lejos, es lo bueno de él. Entonces me empezó a llamarme, yo le decía que no, pero él me daba soluciones, hasta que le dije está bien y fui a la entrevista, cuando llegué me llevé una gran sorpresa que me cambió la vida. El colegio era chiquito, de un piso, y yo recuerdo que en esos 3 años que habían empezado como academia, eran un poco de adobe, pero cuando llegué todo era elegante, y yo venía con un jean y zapatillas, con mi polito rojo. Entonces, llegué y me pregunté qué hacía así, había computadoras, que en esos tiempos eran muy costosas, y encima empezaron a llegar en fila colegas que eran eminencias de universidades y colegios, grandes maestros y todos entraban con terno, y yo por primera vez tuve vergüenza. Bueno, cuando me entrevistaron el doctor me dijo que aquí me esperaba el éxito y así fue, con el colegio las esperanzas se triplicaron, los alumnos rápidamente ingresaron a la universidad. Entonces se construyó el edificio y estaba programado para que dure 6 o 7 años, pero se llenó en uno, y tuvimos que abrir más sedes. En tan poco tiempo superamos varios éxitos académicos
¿COMO ERA EL COLEGIO CIMA EN SUS INICIOS? Las aulas eran pequeñas y el patio era como una salita, las divisiones eran con triplay, pero lo que le dio vida a esta semilla que estaba germinando, era la calidad de estudiante y colegas del colegio, los mejores definitivamente, y era para mí un honor estar al lado de esos titanes.
¿CUÁLES SON LOS OBJETIVOS PRINCIPALES DEL COLEGIO EN EL PRESENTE? El que marca la directiva del colegio CIMA es la dirección pedagógica, Luis Ríos, quien nos ha planteado ir rompiendo las metodologías anteriores, es decir, no solo llenarle de conocimientos a un alumno y hacerlo lograr entrar a donde sea. Pero algo fallaba, solo formábamos a alumnos mecánicos, y queríamos gente con valores y creatividad también, entonces la dirección enmarcó en eso al colegio, que el estudiante sea íntegro.
¿COMO PASARON DE SER UNA ACADEMIA A SER COLEGIO Y ACADEMIA? Los jóvenes que llegaban a las academias tenían muchas limitaciones, y la mayoría de personas creen que el ciclo académico es inicial, primaria, secundaria, academia y superior, cuando en realidad a partir de quinto ya debemos ir pensando a donde queremos postular, y hablo de una nacional, competitiva, pero el estudiante de 5to ya debe estar preparado y eso no veíamos. Entonces el doctor dijo: Algo falla en los colegios… ¿Por qué no creamos uno? Y así surgió el colegio SECUNDARIO, y luego pensamos lo mismo y expandimos a primaria e inicial, que en mi opinión la base viene desde inicial. Invertimos ahí y tendremos una potencia mundial
¿CÓMO SURGIERON LAS DEMÁS SEDES? Y ¿QUIÉN TUVO LA IDEA DE FORMAR EL COLEGIO PARA QUE NO SE NECESITE LA ACADEMIA? La idea viene gestada del doctor Segundo Herrera, quien la mayoría de ideas vienen de él, tienen su sello, hasta estudió pedagogía, y nos entendía. Todo lo que es CIMA se lo debemos a él, y no solo económicamente, nosotros los colegas lo vemos como un hermano y todos estamos agradecidos con él. Yo fui Sub-director por 3 años, y cuando daba mis ideas y él las perfeccionaba, siempre sacaba una nueva perspectiva, las mejoraba. Tiene un corazón enorme, y lo sé gracias a los 17 años que llevo con él
Edición Genética La edición del genoma es un tipo de ingeniería genética en la que se realiza la manipulación directa de una secuencia en el genoma donde el ADN de una célula es modificado ya sea eliminándolo, insertando o reemplazando alguna secuencia de interés en el genoma de un organismo. Para este fin, se utilizan las nucleasas (denominadas “tijeras moleculares”), que son enzimas que hidrolizan o catalizan en la doble cadena de ADN y en un sitio específico del genoma. La edición del genoma también se refiere a un tipo de ingeniería genética por la cual secuencias del genoma pueden ser directamente manipuladas.
Función de la Edición Genética La edición del genoma funciona a partir del uso de enzimas llamadas nucleasas las cuales cortan el genoma de una parte muy específica. Las nucleasas se componen de dos partes: parte de nucleasas que cortan el ADN y otra parte dirigida al ADN, la cual esta diseñada para guiar a las enzimas a una secuencia específica de ADN.
Después de cortar el ADN en un lugar específico, la célula naturalmente reparará el corte. Se puede manipular este proceso de reparación para hacer cambios (o “ediciones”) al ADN en esa ubicación en el genoma.
PARA LAS ENFEREMEDADES
La edición del genoma se ha utilizado para modificar las células sanguíneas humanas que se vuelven a poner en el cuerpo para tratar enfermedades como la leucemia y el SIDA. También podría utilizarse para tratar otras infecciones (como MRSA) y condiciones genéticas simples (como la distrofia muscular y la hemofilia).
PARA LA INVESTIGACIÓN
La edición del genoma se puede utilizar para cambiar el ADN en las células u organismos para entender su biología y cómo funcionan.
PARA LA BIOTECNOLOGÍA
La edición del genoma se ha utilizado en la agricultura para modificar genéticamente los cultivos para mejorar sus rendimientos y resistencia a la enfermedad y la sequía, así como para modificar genéticamente el ganado que no tiene cuernos.
Métodos de la Edición Genética Durante los últimos años se han desarrollado métodos para la edición del genoma de una manera precisa y ágil, actualmente se conocen tres métodos para realizar la edición de un genoma: ZNF, TALEN y CRISPR. Los tres métodos detonan una cualidad que tienen todas sus células, la cual consiste en reparar el ADN cuando se rompen las dos cadenas que lo conforman. Las metodologías de edición genómica desarrolladas hasta el momento se basan en la generación de un corte en las dos hebras de la doble hélice del ADN (llamado corte doble cadena, o double strand break, DSB) realizado en forma precisa y dirigida en la región a editar. Este corte es luego reparado por la célula que dispone, para esto, de dos mecanismos alternativos.
REPARACIÓN DE CADENAS DE ARN
Cuando se presenta esta peligrosa situación, la del corte en las hebras de la cadena de ADN, las células utilizan una de las dos opciones para lograr reparar los posibles daños: la primera se conoce como unión de extremos no homólogos y la otra, reparación asistida por plantilla.
- UNIÓN DE EXTREMOS NO HOMÓLOGOS
Es la vía de reparación preferencial, consiste en la recombinación no homóloga o unión de extremos no homólogos (cuya sigla en inglés es NHEJ por Non-homologous end-joining). Este mecanismo consiste en la simple unión de los extremos generados y típicamente introduce mutaciones adicionales al generar inserciones o selecciones en la zona de la unión. Lo que hace la célula es pegar a los extremos rotos del ADN unas proteínas específicas, las cuales se unen entre sí para acercar los extremos fracturados y pegarlos nuevamente; en caso de que sea necesario, incluso puede añadir unos cuantos nucleótidos (moléculas que son las unidades básicas de la estructura del ADN y el ARN) para resanar la fractura, acción que suele dejar una “cicatriz” (mutación) en el lugar de la unión.
- REPARACIÓN ASISTIDA POR PLANTILLA
La segunda opción se utiliza cuando el cromosoma se rompe pero existe un segmento adicional de ADN que es idéntico en secuencia a uno y otro lado de la fractura; la célula utiliza este segmento como guía fiel para reparar el ADN. Esta vía también es llamada recombinación homóloga (cuya sigla en inglés es HR o HDR por Homologous recombination o Homology-directed repair) que puede utilizar como molde la región correspondiente del cromosoma homólogo o una molécula exógena de ADN provista para llevar a cabo la correcta unión de los extremos. El cromosoma así editado es luego heredado por las células hijas.
El trabajo que llevan a cabo los biólogos conlleva una serie de operaciones que culmina con el uso de programas bioinformáticos para ordenar y ensamblar las secuencias genéticas y, después, comparar el genoma secuenciado con otros y ubicarlo filogenéticamente.
¿Sabías que...?
PROCESOS DE REPARACIÓN EN LA EDICIÓN DE GENOMA
El truco que se utiliza para editar un genoma es simple en términos conceptuales: primero, se corta el ADN en el sitio deseado con una “tijera” molecular programable, y al mismo tiempo se introduce un ADN guía para engañar a las células y se utiliza esta plantilla para reparar el daño e introducir así todos los cambios deseados. El diseño de las tijeras moleculares programables es un triunfo de la ingeniería genética. - Método ZFN (Nucleasas con dedos de zinc) Las nucleasas con dedo de zinc (ZFNs) son enzimas de restricción sintéticas generadas con un dominio de unión al ADN mediante dominio de dedo de zinc, que reconoce un sitio de corte específico de ADN. El dominio de dedo de zinc Cys 2 -His 2 se encuentra entre los tipos más comunes de motivos de unión de ADN encontrados en organismos eucariotas y representa el segundo dominio de proteína con mayor frecuencia en el genoma humano. Un dedo de zinc individual consta de aproximadamente 30 aminoácidos en una configuración conservada de hojas beta-beta/alfa hélices (ββα).
Generalmente, varios aminoácidos de la α-hélice tienen contacto con tres pares de bases (bps) del ADN, con diferentes niveles de selectividad (Thomas Gaj et al. 2013). Los dominios de dedos de zinc se diseñan para cortar secuencias específicas de ADN y se aprovecha la maquinaria endógena de reparación del ADN, para modificar con precisión secuencias dentro de los genomas de los organismos superiores. - Método TALEN (Nucleasas efectoras similares a las del activador de la transcripción) Estas proteínas de unión a ADN son activadores transcripcionales que provienen del patógeno vegetal Xanthomonas. Una vez en la célula, los factores reconocen sus secuencias diana en el genoma del huésped y activan la expresión de los genes para que se produzca la multiplicación y propagación del patógeno. En relación con la unión de la proteína al ADN, la especificidad de cada unidad de repetición es esencialmente impulsada por un polimorfismo en las posiciones 12 y 13 dentro del módulo, llamados 'diresiduos' de repetición variables (RVD, siglas de: repeat-variable diresidues), que dictan la especificidad de la repetición correspondiente a un solo nucleótido
- Método CRISPR (Repeticiones palindrómicas cortas agrupadas y regularmente inter espaciadas Son familias de secuencias de ADN en bacterias. Las secuencias contienen fragmentos de ADN de virus que han atacado a las bacterias. Estos fragmentos son utilizados por la bacteria para detectar y destruir el ADN de nuevos ataques de virus similares, y así poder defenderse eficazmente de ellos. Estas secuencias juegan un papel clave en los sistemas de defensa bacterianos, y forman la base de una tecnología conocida como CRISPR / Cas9 que específicamente cambia los genes dentro de los organismos. En términos más técnicos son locus de ADN que contienen repeticiones cortas de secuencias de bases. Tras cada repetición siguen segmentos cortos de "ADN espaciador" proveniente de exposiciones previas a un virus. Se encuentran en aproximadamente el 40% de los genomas bacterianos y en el 90% de los genomas secuenciados de las arqueas. Con frecuencia se hallan asociados con los genes cas, que codifican para proteínas nucleasas relacionadas con los CRISPR. El sistema CRISPR/Cas es un sistema inmunitario procariótico que confiere resistencia a agentes externos como plásmidos y fagos y provee una forma de inmunidad adquirida. Los espaciadores de los CRISPR reconocen secuencias específicas y guían a las nucleasas cas para cortar y degradar esos elementos génicos exógenos de una manera análoga al ARNi en sistemas eucarióticos.
Desde 2013 el sistema CRISPR/Cas se ha utilizado para la edición de genes (agregando, interrumpiendo o cambiando las secuencias de genes específicos) y para la regulación génica en varias especies. Al administrar la proteína Cas9 y los ARN guía apropiados a una célula, el genoma de esta puede cortarse en los lugares deseados, cuyas secuencias serán complementarias a las de los ARN guía utilizados. Esto permite la eliminación funcional de genes o la introducción de mutaciones (tras la reparación del corte realizado por la maquinaria celular de reparación del ADN) para estudiar sus efectos. Modificaciones recientes del sistema CRISPR/Cas9 permiten también actuar sobre la transcripción de los genes, modificando así solo su nivel de funcionamiento, pero no la información genética. Quizá puedan usarse los CRISPRs para construir sistemas de entrega de genes guiados por ARN que lleguen a alterar los genomas de poblaciones enteras.
Todas las células eucariotas de manera eficiente reparan las roturas de la doble hélice (DSB por sus siglas en inglés: Double strand break) a través de la reparación dirigida por homología (HDR) o rutas de unión de extremos no homólogos (NHEJ, non-homologous endoining)
¿Sabías que...?
Desafíos de la Edición Genética 1° DESAFÍO
Generar el DSB en forma eficiente y precisa, es decir en la secuencia que contiene la mutación o en la zona que se desea editar, y únicamente allí. Este desafío plantea uno adicional, que es el desarrollo de técnicas extremadamente sensibles para detectar si se generaron cortes no deseados (off-target) en otras regiones del genoma.
2° DESAFÍO
Conseguir una reparación correcta del DSB. Esto implica vencer la baja eficiencia de la vía HDR frente a la vía NHEJ y/o monitorear y seleccionar aquellas células en las que la reparación fue efectuada correctamente (la reparación por la vía NHEJ es frecuentemente utilizada en la investigación cuando se busca interrumpir un gen para estudiar su función, pero es inaceptable en las aplicaciones clínicas, a menos que el objetivo sea precisamente anular la función de un gen).
3° DESAFÍO
En el caso de la edición genómica para la obtención de embriones, lograr llevar a cabo la edición en un punto del desarrollo lo suficientemente temprano, de forma que todas las células del organismo posean la secuencia editada y no se generen organismos “mosaico”, donde algunas células porten la versión corregida pero otras conserven la versión original, mutada. Además del problema obvio de que algunas células mantendrían la mutación, la generación de organismos mosaico dificultaría considerablemente el diagnóstico genético preimplantatorio.
¿CÓMO SUPERAR ESTOS DESAFÍOS? En las últimas décadas se han investigado y desarrollado distintas metodologías con el objetivo de superar estos desafíos, principalmente el primero: la capacidad de dirigir una nucleasa (las enzimas que cortan ácidos nucleicos) a una secuencia determinada del ADN, a elección del investigador. Esto representa, en otras palabras, la capacidad de diseñar una proteína, u otro tipo de molécula, capaz de encontrar eficientemente una aguja en un pajar. Entre ellas se encuentran las meganucleasas, las nucleasas efectoras tipo activador de transcripción (Transcription Activator-Like Effector Nucleases o TALENs)5 y las nucleasas con dominios de dedos de zinc (Zinc Finger Nucleases o ZFNs), actualmente testeadas en ensayos clínicos. Por supuesto, cada uno de estos métodos tiene sus limitaciones, incluyendo algunos efectos. Las técnicas de edición genómica se basan en la generación de un corte en las dos hebras de la doble hélice del ADN (corte doble cadena, o double strand break, DSB) realizado en la región del cromosoma a editar, para luego ser reparado por la célula a través de la vía de reparación por recombinación no homóloga o unión de extremos no homólogos (NHEJ, Non-homologous end-joining) o por recombinación homóloga (HDR, Homology-directed repair), utilizando como molde la región correspondiente del cromosoma homólogo o una molécula exógena de ADN provista, restricciones en cuanto a las secuencias que pueden ser reconocidas y el costo y la complejidad para desarrollar estas enzimas. Y entonces surgió CRISPR/ Cas9
Ética sobre la Edición Genética No cabe duda de que la edición genética es uno de los grandes desarrollos tecnológicos del siglo y que llegó para quedarse, para crecer y para aplicarse cada vez más en muchos órdenes de la vida. A la vez que esto es muy excitante, también es muy preocupante, sobre todo si pensamos que con esta tecnología el hombre está adquiriendo la capacidad de modificar genomas de todas las especies vivientes. Por eso, al igual que ante cualquier otro desarrollo tecnológico, es necesario estudiar cuidadosamente la edición genética en su justo valor y en un sinnúmero de aspectos. Debemos tomar en cuenta que no existe ninguna tecnología aplicada a seres vivos que sea completamente segura, eficaz y libre de efectos dañinos. Cuestiones como la seguridad, especificidad, precisión y certeza de la edición genética son lógicamente las que más atención y preocupación despiertan.¿Es realmente tan certera y sencilla como aparentemente luce?
¿ES REALMENTE TAN CERTERA Y SENCILLA COMO APARENTEMENTE LUCE? Lo cierto es que todavía la ineficiencia de los sistemas de edición genética sigue siendo mayor de lo tolerable para su uso en el ser humano y aún no se conoce qué frecuencia de errores tiene, de qué dependen y como la edición genética debe tener objetivos específicos, distinguiendo motivaciones con peso ético, social y de las puramente económicas, como sería ocupar nichos de mercado y generar ganancias a los inversores. En salud humana, la edición genética ya se está experimentando en protocolos de investigación sobre células somáticas para corregir alteraciones en genes que causan enfermedades monogénicas, como la anemia falciforme, la hemofilia y otras. Es esencial que haya una comprensión del proceso de salud-enfermedad que no subestime la complejidad de los factores que influencian la salud y que incluyen, además del genoma, determinantes sociales, ambientales y de la conducta. También tener presente que actualmente la actividad científica está financiada principalmente por el sector privado con fines de lucro, el llamado complejo médico-industrial-financiero. Sería muy peligroso que sea el mercado, y no las necesidades de la población, el que determine las direcciones que tomará la ciencia genómica. En este sentido, es necesario contrarrestar los imaginarios reduccionistas promovidos por la industria a través de la manipulación de la subjetividad de la población en el sentido de hacerle creer a la gente que el ADN es el principal factor de salud, bienestar y felicidad. Los avances científicos deben seguir las normas éticas ya mencionadas, debe haber un control social y de los estados sobre los fines y los medios, y deben correr paralelos a medidas sociales y económicas que aseguren que los beneficios resultantes serán accesibles a toda la población y no, como ocurre actualmente con la mayoría de las nuevas tecnologías (pruebas genéticas, fármacos y terapéuticas genómicas), que se introducen en el mercado a precios exorbitantes accesibles sólo a las clases acomodadas, en violación del derecho a la salud, de la equidad y de la justicia. Igualmente reprobable éticamente es recurrir a la justicia para obligar al sistema de salud a pagar los costos de un fármaco que la industria pone arbitrariamente en el mercado en valores de centenares de miles de dólares anuales.
Referencias ¿QUÉ ES LA EDICIÓN DEL GENOMA? (2018, OCTUBRE 6). TERAPIA GÉNICA. HTTPS://TERAPIAGENICA.SCIENCE/QUE-ES-LA-EDICION-DEL-GENOMA/ . EDICCION DE GENOMAS CON NUCLEASAS SITIO-DIRIGIDAS HTTPS://WWW.CONACYT.GOB.MX/CIBIOGEM/IMAGES/CIBIOGEM/HERRAMIENTASENSENANZA-INVESTIGACION/SEMINARIOS/DOCS/ED-GENOMAS-NUCLEASASDIRIGIDAS.PDF. «LAS TENTACIONES DE EDITAR NUESTRO GENOMA - REVISTA ¿CÓMO VES? DIRECCIÓN GENERAL DE DIVULGACIÓN DE LA CIENCIA DE LA UNAM». HTTP://WWW.COMOVES.UNAM.MX/NUMEROS/ARTICULO/200/LAS-TENTACIONES-DEEDITAR-NUESTRO-GENOMA. «LA EDICIÓN DEL GENOMA HUMANO». INVESTIGACIÓN Y CIENCIA. HTTPS://WWW.INVESTIGACIONYCIENCIA.ES/REVISTAS/INVESTIGACION-Y-CIENCIA/LACONQUISTA-DE-LOS-DINOSAURIOS-740/LA-EDICIN-DEL-GENOMA-HUMANO-16517 BROWN, T. (2008). GENOMAS/ GENOME. EDITORIAL MÉDICA PANAMERICANA. HTTPS://BOOKS.GOOGLE.COM.MX/BOOKS? ID=4TYICMODSBWC&PRINTSEC=FRONTCOVER&DQ=EDICION+DE+GENOMA&HL=ES&SA=X &VED=0AHUKEWJY_SE30IDFAHUMKXWKHVCWBBKQ6AEIKTAA#V=ONEPAGE&Q=EDICION %20DE%20GENOMA&F=FALSE LANDER.; ZHANG, E.S.; F. (2014). DEVELOPMENT AND APPLICATIONS OF CRISPR-CAS9 FOR GENOME ENGINEERING.
¡CIMA, UN COLEGIO DE ALTA EXIGENCIA ACADÉMICA!