Esta semana dos equipos rivales, líderes en edición genética, han anunciado nuevos bisturís moleculares que diagnostican infecciones de manera rápida y muy sencilla. Uno de los métodos es capaz de apreciar minúsculas cantidades de virus del papiloma humano en una muestra de sangre. El otro es una tira de papel que funciona como un test de embarazo, pero para detectar los virus del zika y el dengue.
Los laboratorios de dos líderes mundiales en edición genética han presentado esta semana en Science estudios separados sobre dos plataformas basadas en CRISPR para detectar enfermedades, denominadas DETECTR y SHERLOCK.
Se trata de la catedrática Jennifer Doudna de la Universidad de California en Berkeley y del investigador Feng Zhang del Broad Institute del Massachusetts Institute of Tecnology (MIT), que mantienen una disputa por una serie de patentes de las aplicaciones de la técnica de corta-pega genético CRISPR Cas9: Esta herramienta fue descubierta en 2012 por Doudna y la bioquímica francesa Emmanuelle Charpentier.
En esta ocasión, las nuevas plataformas de diagnóstico han usado las proteínas Cas12a –antes llamada Cpf1– y Cas13, que cortan el ADN de manera distinta a Cas9. Estos bisturís moleculares son idóneos para detectar ácidos nucleicos.
El laboratorio de Feng Zhang, en el Broad Institute, ha desarrollado una versión mejorada de su sistema SHERLOCK basada en enzimas Cas13 para detectar el virus del Zika y del dengue. Los investigadores han creado un test con forma de tira de papel, similar a los test de embarazo, que tras sumergirse en una muestra procesada indica con una línea si el objetivo (el material genético del virus) se detectó o no.
Según explican, el éxito de su plataforma está asociado con la proteína Cas13 que, cuando localiza y corta su objetivo específico, se activa y corta indiscriminadamente otros ARN cercanos. El equipo diseñó el sistema para que fuera compatible tanto con el ADN como con el ARN.
El poder de diagnóstico de SHERLOCK se basa en hebras adicionales de ARN sintético que se utilizan para crear una señal. Cas13 corta este ARN después de golpear su objetivo original. El corte libera la molécula de señalización que indica la presencia del virus.
“Estos avances aceleran la capacidad de SHERLOCK para detectar de forma rápida y precisa las firmas genéticas, incluidos patógenos y el ADN tumoral, en muestras”, subraya Jonathan Gootenberg, líder del estudio.
Por su parte, Janice Chen, Enbo Ma y Lucas Harrington, del laboratorio de Doudna, han utilizado la proteína Cas12a, descubierta en 2015. Durante la investigación, observaron una actividad inesperada: cuando corta una secuencia de ADN de doble cadena, desata el corte indiscriminado de todo el ADN de cadena sencilla.
“La mayor parte del ADN de una célula tiene forma de hélice de doble cadena, por lo que no es un problema para las aplicaciones de edición de genes”, explican los autores. “Pero nos permite utilizar una molécula ‘indicadora’ de cadena sencilla con la proteína CRISPR-Cas12a, que produce una señal fluorescente cuando ha encontrado su objetivo”.
Ilustración del complejo CRISPR Cas12a, antes llamada Cpf1. / llusciences
El experto Lluís Montoliu, del Centro Nacional de Biotecnología, que no ha participado en el estudio, explica a Sinc este proceso de una forma más sencilla: "La enzima Cas12a corta ADN de doble cadena guiada por una molecula de ARN, que se empareja con el gen diana deseado, pero luego 'se vuelve loca' y empieza a cortar moleculas de ADN de cadena sencilla que puede haber en la mezcla de un tubo de ensayo".
“Y si has tenido la precaución de añadir compuestos flurorescentes que empiecen a brillar cuando estas hebras se cortan, entonces has convertido un problema en un extraordinario y ultrasensible método de detección de ácidos nucleicos, que puedes aplicar para detectar minúsculas cantidades de un virus en una muestra de sangre, por ejemplo”.
Aprovechando esta actividad, los investigadores de UC Berkeley han desarrollado una plataforma de detección de ácidos nucleicos, llamada DETECTR, capaz de identificar con éxito la presencia del virus del papiloma humano (VPH) en muestras clínicas, incluso con pequeñas cantidades de ADN. “La tecnología es altamente sensible, rápida y específica y puede distinguir los tipos VPH16 y VPH18”, dicen los autores.
“Esta proteína funciona como una herramienta robusta para detectar ADN en una gran variedad de fuentes", señala Chen. "La tecnología podrá aplicarse en el diagnóstico de múltiples enfermedades, incluido el cáncer y las enfermedades infecciosas", agrega.
La actividad de la proteína Cas12a es similar a la de las enzimas CRISPR Cas13a, que degrada el ARN después de unirse a una secuencia de ARN diana. Varios equipos, incluido el de Jennifer Doudna, están desarrollando pruebas de diagnóstico usando Cas13a que podría, por ejemplo, detectar el genoma del ARN del VIH.
“Seguimos fascinados por las funciones de los sistemas CRISPR bacterianos y por la forma en que la comprensión de sus mecanismos genera oportunidades para desarrollar nuevas herramientas”, destaca Doudna.
Referencia bibliográfica:
J.S. Chen; E. Ma; L.B. Harrington; X. Tian; J.A. Doudna. "CRISPR-Cas12a target binding unleashes indiscriminate single-stranded DNase activity". Science (15 de febrero 2018) DOI: http://science.sciencemag.org/lookup/doi/10.1126/science.aar6245
J.S. Gootenberg; O.O. Abudayyeh; M.J. Kellner; J. Joung; J.J. Collins; F. Zhang. "Multiplexed and portable nucleic acid detection platform with Cas13, Cas12a, and Csm6". Science (15 de febrero 2018) DOI:http://science.sciencemag.org/lookup/doi/10.1126/science.aaq0179
