Pasó ya un tiempo y no había podido cumplir mi promesa de continuar con la historia de los sistemas CRISPR/Cas. Aquí retomo donde dejé para abundar un poco más en el tema.

De nuevo, primero tenemos que entender que el material genético puede transmitirse de dos formas: vertical y horizontalmente. La primera es la herencia genética de un organismo a su descendencia, mientras que en la segunda ocurre una transferencia de material genético por procesos diferentes a la herencia. La transferencia horizontal de material genético, o THG, puede ocurrir por tres mecanismos: por la adquisición de material genético del medio ambiente, conocido como transformación; cuando este material genético llega al organismo receptor a través de partículas virales, o transducción; o bien cuando un organismo le “dona” el material genético a otro por contacto directo, o por conjugación.

Espero no haber complicado las cosas, estos mecanismos de THG son el tema de varias clases y algunas prácticas de laboratorio en nuestros cursos y no abundaré por el momento en los detalles de los mismos. En lo que si precisaré es en el tipo de información genética qué es transferida por THG. La misma puede significar una ventaja para el organismo receptor al conferirle resistencia a antibióticos, a desinfectactantes o a metales pesados. También se pueden pasar genes que codifiquen para factores de virulencia y que “transformen” al receptor en un organismo patógeno. Otra ventaja que puede adquirirse por THG son rutas metabólicas que ahora permitan al organismo que la recibió utilizar compuestos que antes no podía usar. Pero en biología, y en la vida, no todo es miel sobre hojuelas. De tal forma, el material genético transmitido por THG puede codificar enzimas, toxinas u otros productos que afecten a la célula receptora. También puede contener reguladores genéticos que cambien o modifiquen las delicadas redes regulatorias del organismo receptor.

Pero, las bacterias ¿están indefensas ante la THG y el material genético? ¿No hay más que aceptar el destino de que este material exógeno llegue, se implante y se exprese?. Resulta que los organismos se pueden “defender” ante estas circunstancias. En el caso de bacterias, estas pueden tener uno o varios sistemas de “defensa”. Entre estos están los sistemas de restricción/metilación (R/M) los cuales reconocen patrones de metilación, o la ausencia de los mismos, en secuencias discretas de DNA. Así, cuando un DNA exógeno entra y se detecta que no “pertenece” al organismo los sistemas de R/M inician su degradación. Otro sistema que participa en la incorporación de DNA exógeno es el sistema Rec. Este sistema reconoce secuencias que determinan si el DNA que entra proviene de alguna bacteria relacionada. De tal forma, si proviene de un organismo relacionado, parte de la maquinaria Rec detiene la degradación e inicia la recombinación del mismo.  De forma contraria, si no es reconocido el DNA será degradado y sus partes utilizadas para sintetizar DNA del organismo receptor. Incluso cuando un determinado DNA es incorporado al DNA del organismo receptor, este puede ser “apagado” por proteínas conocidas como “silenciadoras”. Por fin llegamos a lo que inició este texto, los sistemas CRISPR/Cas.

Estos sistemas, que fueron descubiertos no hace mucho, permiten a los organismos que los contienen identificar el material genético que entra al compararlo con patrones y una vez reconocido este DNA extraño es degradado. ¿Y cómo puede el sistema reconocer a este DNA? Cuando este material genético entra a la bacteria puede seguir dos pasos, completar su “objetivo” (el cual puede ser generar más virus y matar a la bacteria, por ejemplo) o bien puede ser “neutralizado” por alguno de los sistemas descritos antes. Una vez neutralizado, una porción de este DNA se incorporará al arreglo de secuencias CRISPR (la traducción más cercana de este acrónimo es “repeticiones palindrómicas cortas, agrupadas y regularmente espaciadas”) por la acción de algunas de las proteínas asociadas, o Cas. Una vez que se incorporan estas secuencias son transcritas a un RNA que es procesado por otras proteínas Cas. El complejo RNA-proteína Cas sirve como vigía, ya que cuando entra un DNA a la célula el RNA busca emparejarse con este y si hay una complementación el DNA exógeno será degradado. Así, la “memoria” de un DNA exógeno es preservada en las secuencias CRISPR y procesada por las Cas.

Dicha capacidad dual de reconocer secuencias y procesar el DNA ha sido usada para los fines que mencionamos en el reporte pasado. Los grupos de las investigadoras Jennifer Doudna y Emmanuel Charpentier descubrieron que el sistema CRISPR/Cas de Streptococcus pneumoniae es un poco diferente y que una sola proteína, Cas9, es multifuncional. De tal forma, una vez más las bacterias y el conocimiento básico han dado al mundo científico nuevas herramientas para la modificación de organismos a través de la ingeniería genética.

Imagen tomada de Vasu y Nagaraja. 2013. Microbiology and Molecular Reviews 77: 52-72