Genome Editing with CRISPR-Cas9

McGovern Institute

5 Nov 201404:13

Summary

TLDREl método CRISPR es una tecnología revolucionaria que permite editar el ADN de cualquier especie, incluyendo humanos, basada en el sistema inmunitario bacterial contra virus. Mediante la producción de RNAs guía y la enzima Cas9, el ADN objetivo es cortado y la celda intenta reparar la cortada, lo que puede resultar en mutaciones. Este método también permite la precisión genética al reemplazar secuencias mutantes por copias sanas, con potenciales aplicaciones en la investigación básica, desarrollo de medicamentos, agricultura y, posiblemente, el tratamiento de enfermedades genéticas humanas.

Takeaways

🧬 Cada célula en nuestro cuerpo contiene un copia de nuestro genoma, con más de 20,000 genes y 3 mil millones de letras de ADN.
🌀 El ADN está compuesto por dos cadenas retorcidas en una hélice doble, unidas por una simple regla de emparejamiento: A con T y G con C.
🧬 Nuestros genes modelan quiénes somos como individuos y como especie.
🚀 Los genes tienen un profundo efecto en la salud y, gracias a los avances en la secuenciación de DNA, los investigadores han identificado miles de genes que afectan nuestro riesgo de enfermedad.
🔬 Para entender cómo funcionan los genes, los investigadores necesitan formas de controlarlos.
🦠 El método CRISPR se basa en un sistema natural utilizado por las bacterias para protegerse de las infecciones por virus.
🧱 Cuando la bacteria detecta el ADN del virus, produce dos tipos de ARN cortos, uno de los cuales contiene una secuencia que coincide con el virus invasor.
📡 Cas9 es una enzima que puede cortar el ADN y, junto con el ARN guía, forma un complejo que busca y corta el ADN objetivo.
🛠 El sistema CRISPR permite editar el ADN de cualquier especie, incluyendo humanos, mejorando significativamente nuestra capacidad para hacerlo.
🔄 Cuando la célula intenta reparar el recorte de ADN, el proceso es propenso a errores, lo que puede desactivar el gen y permitir a los investigadores entender su función.
🧬 Los investigadores pueden ser más precisos, reemplazando un gen mutante por una copia saludable, agregando una pieza adicional de ADN con la secuencia deseada.

Q & A

¿Cuántos genes contiene cada célula en nuestro cuerpo?
-Cada célula en nuestro cuerpo contiene más de 20,000 genes.
¿Cuál es la estructura básica del ADN y cómo se mantienen unidas las dos hebras?
-El ADN consiste en dos hebras retorcidas en una doble hélice, y se mantienen unidas a través de una simple regla de emparejamiento: A se empareja con T, y G se empareja con C.
¿Qué función cumplen los genes en los seres vivos?
-Los genes shapen quiénes somos como individuos y como especies. También tienen efectos profundos en la salud.
¿Qué es la secuenciación de ADN y cómo ha ayudado a la investigación médica?
-La secuenciación de ADN es un avance tecnológico que ha permitido a los investigadores identificar miles de genes que afectan nuestro riesgo de enfermedad.
¿Qué es el método CRISPR y cómo funciona?
-El método CRISPR se basa en un sistema natural utilizado por las bacterias para protegerse de infecciones virales. Cuando una bacteria detecta la presencia de ADN viral, produce dos tipos de ARN cortos, uno de los cuales contiene una secuencia que coincide con el del virus invasor. Estos ARNs forman un complejo con una proteína llamada Cas9, la cual es una enzima que puede cortar el ADN.
¿Cómo se puede utilizar el sistema CRISPR para editar el ADN en células vivas?
-Una vez dentro del núcleo celular, el complejo CRISPR se adhiere a una secuencia corta conocida como PAM. Cas9 deszarpa el ADN y lo compara con su ARN objetivo. Si la coincidencia es completa, Cas9 utiliza dos pequeñas tijeras moleculares para cortar el ADN.
¿Qué sucede cuando una célula intenta reparar un corte en el ADN causado por CRISPR?
-Cuando una célula intenta reparar el corte en el ADN, el proceso de reparación es propenso a errores, lo que lleva a mutaciones que pueden deshabilitar el gen, permitiendo a los investigadores entender su función.
¿Cómo los investigadores pueden utilizar CRISPR para reemplazar un gen mutante con una copia saludable?
-Los investigadores pueden añadir otra pieza de ADN que lleva la secuencia deseada. Una vez que el sistema CRISPR ha realizado un corte, esta plantilla de ADN puede emparejarse con los extremos cortados, recombinando y reemplazando la secuencia original con la nueva versión.
¿En qué tipos de células se puede utilizar el sistema CRISPR?
-El sistema CRISPR se puede utilizar en células cultivadas, incluyendo células madre que pueden dar lugar a varios tipos de células diferentes, y también se puede hacer en un óvulo fecundado, permitiendo la creación de animales transgénicos con mutaciones dirigidas.
¿Qué ventajas ofrece CRISPR sobre los métodos previos para la edición genética?
-CRISPR puede ser utilizado para dirigirse a muchos genes a la vez, lo que es una gran ventaja para el estudio de enfermedades humanas complejas que no son causadas por una sola mutación, sino por muchas genes actuando juntas.
¿Qué aplicaciones potenciales tiene CRISPR en la investigación básica y otros campos?
-CRISPR tiene muchas aplicaciones potenciales en la investigación básica, el desarrollo de medicamentos, la agricultura y, quizás eventualmente, para el tratamiento de pacientes humanos con enfermedades genéticas.

Outlines

00:00

🧬 Genómos y Funcionamiento Genético

Este párrafo introduce la estructura y función de los genómos humanos, destacando que cada célula del cuerpo contiene más de 20,000 genes y 3 mil millones de letras de ADN. Se describe la forma en que el ADN se organiza en una doble hélice y cómo se unen mediante pares de bases: A con T y G con C. Además, se menciona cómo los genes influyen en nuestra identidad individual y en la salud, y se explora la importancia de las avances en la secuenciación de DNA para identificar genes que afectan nuestro riesgo de enfermedades.

🔬 Método CRISPR: Edición Genética Revolucionaria

Este párrafo explica el método CRISPR, una técnica innovadora que permite controlar y editar genes en seres vivos, incluyendo humanos. Se describe su origen en un sistema natural utilizado por las bacterias para protegerse de virus, y cómo la ciencia ha adaptado y mejorado este sistema para cortar cualquier secuencia de DNA en una ubicación precisa. El párrafo también detalla el proceso de cómo el sistema CRISPR identifica la secuencia objetivo, hace un corte en el ADN y cómo las células intentan reparar el daño, lo que puede llevar a mutaciones que afecten la función genética.

🧬 Precisión Genética y Corrección de Genomas

Este párrafo profundiza en la precisión que el sistema CRISPR puede ofrecer al permitir la corrección de genes mutantes con copias sanas. Se explica el proceso de agregar un segmento de ADN que contiene la secuencia deseada y cómo, una vez que el sistema CRISPR ha realizado un corte, este nuevo segmento de ADN puede unirse con los extremos cortados, reemplazando la secuencia original por la nueva. También se menciona que CRISPR puede ser utilizado en células cultivadas, incluyendo células madre que pueden desarrollarse en varios tipos de células, y en óvulos fertilizados, permitiendo la creación de animales transgénicos con mutaciones dirigidas.

🌟 Aplicaciones Futuras y Mejoras en la Investigación

El párrafo final destaca las numerosas aplicaciones y mejoras en la investigación que ofrece el método CRISPR. Se sugiere que, a medida que se mejora rápidamente, este sistema será útil en la investigación básica, el desarrollo de medicamentos, la agricultura y, eventualmente, puede ser una herramienta para tratar enfermedades genéticas en pacientes humanos. El párrafo concluye con una reflexión sobre el potencial de CRISPR para abordar enfermedades complejas que están causadas por la interacción de múltiples genes.

Mindmap

Keywords

💡Genoma

El genoma es la compleja red de información genética que contiene cada célula del cuerpo humano, compuesto por más de 20.000 genes y 3 mil millones de letras de ADN. En el video, se menciona que el genoma es esencial para dar forma a nuestras identidades individuales especies y tiene un impacto profundo en la salud. El genoma se presenta como el eje central de la función y la manipulación genética, siendo el objetivo principal de la edición genética mediante CRISPR.

💡ADN

El ADN (Ácido Desoxirribonucleico) es una molécula que contiene la información genética en todas las células vivas. Consiste en dos cadenas enrolladas en una estructura en hélice doble, unida por pares de bases (A-T y G-C). En el video, se destaca la importancia del ADN como la base de los genes que nos definen y cómo la secuenciación de ADN ha permitido a los investigadores identificar genes asociados al riesgo de enfermedades.

💡Secuenciación de ADN

La secuenciación de ADN es el proceso de determinar la secuencia exacta de bases en un fragmento de ADN. Este avance tecnológico ha permitido a los investigadores identificar miles de genes que afectan nuestro riesgo de enfermedad. En el video, se menciona cómo la secuenciación de ADN ha sido fundamental para el avance en el entendimiento de la genética y la posibilidad de manipular genes para estudiar y tratar enfermedades genéticas.

💡CRISPR

CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) es un sistema de edición genética revolucionario basado en un mecanismo natural utilizado por las bacterias para protegerse de infecciones virales. En el video, se describe cómo el método CRISPR utiliza RNAs guía y la proteína Cas9 para cortar el ADN en una ubicación precisa, lo que permite a los científicos manipular y modificar el genoma de especies, incluyendo humanos, de una manera previamente imposible.

💡RNA guía

La RNA guía es una molécula de ARN que contiene una secuencia que se corresponde con una secuencia específica del ADN objetivo. En el sistema CRISPR, la RNA guía se une a la proteína Cas9 para formar un complejo que busca y corta el ADN objetivo. En el video, se explica cómo el uso de RNAs guía personalizadas permite a los investigadores dirigir con precisión la edición genética a una secuencia específica del genoma.

💡Proteína Cas9

La proteína Cas9 es una enzima nucleasa que tiene la capacidad de cortar el ADN. En el contexto del sistema CRISPR, la Cas9 actúa como una 'cortadora' genética, permitiendo la edición del ADN en un lugar específico al unirse con la RNA guía que contiene la secuencia del ADN objetivo. En el video, se menciona cómo la Cas9 es fundamental para la eficacia y precisión del método CRISPR en la edición genética.

💡PAM

PAM (Protospacer Adjacent Motif) es una secuencia breve y específica de nucleótidos en el ADN que debe estar presente para que el sistema CRISPR funcione correctamente. La RNA guía y la proteína Cas9 necesitan reconocer esta secuencia PAM para localizar y cortar el ADN objetivo. En el video, se aclara cómo la presencia de PAM es un factor crucial para la precisión y eficacia de la edición genética con CRISPR.

💡Mutaciones

Las mutaciones son cambios en la secuencia de bases del ADN que pueden ocurrir cuando una célula intenta reparar un corte en su genoma. Estas mutaciones pueden ser aleatorias y pueden resultar en la desactivación de un gen, lo que es útil para los investigadores para entender la función de ese gen. En el video, se describe cómo el proceso de mutación es esencial para el estudio de la función de los genes y cómo las mutaciones pueden ser utilizadas en la investigación y el tratamiento de enfermedades genéticas.

💡Recombinación

La re combinación es el proceso por el cual se reorganizan y se unen fragmentos de ADN para formar una nueva secuencia. En el contexto del video, la recombinación ocurre cuando un fragmento de ADN con la secuencia deseada se une a los extremos cortados de la molécula de ADN dañada, permitiendo la sustitución de la secuencia original por una nueva versión. Este proceso es fundamental para la corrección de genes mutantes y la creación de cambios genéticos dirigidos.

💡Células madre

Las células madre, o células madres, son células especializadas que tienen la capacidad de dividirse y dar rise a un tipo específico de células maduras. En el video, se menciona que CRISPR puede ser utilizado en células madres cultivadas, lo que permite la creación de diferentes tipos de células a partir de una única célula, aumentando las posibilidades de aplicación en la investigación y el tratamiento de enfermedades genéticas.

💡Animales transgénicos

Los animales transgénicos son aquellos en los que se han introducido cambios genéticos dirigidos en su genoma, generalmente con fines de investigación, mejora de rasgos o tratamiento de enfermedades. En el video, se habla sobre cómo CRISPR permite la creación de animales transgénicos con mutaciones objetivo, lo que abre nuevos caminos en la investigación y el desarrollo de terapias genéticas.

💡Enfermedades genéticas

Las enfermedades genéticas son aquellas que son causadas por mutaciones o cambios en los genes heredados. Estas enfermedades pueden ser monogénicas, es decir, causadas por un solo突变 en un único gene, o poligénicas, donde múltiples genes contribuyen al desarrollo de la enfermedad. En el video, se destaca la importancia de CRISPR en la investigación y el tratamiento de enfermedades genéticas, ya que permite la edición y manipulación precisa de genes asociados al riesgo de estas afecciones.

Highlights

Cada celda en nuestro cuerpo contiene una copia de nuestro genoma, con más de 20,000 genes y 3 mil millones de letras de ADN.

El ADN consiste en dos cadenas retorcida en una doble hélice y se mantiene unido por una simple regla de emparejamiento: A se empareja con T y G se empareja con C.

Nuestros genes modelan quiénes somos como individuos y como especies.

Los genes también tienen efectos profundos en la salud y gracias a los avances en la secuenciación de DNA, los investigadores han identificado miles de genes que afectan nuestro riesgo de enfermedad.

Para entender cómo funcionan los genes, los investigadores necesitan formas de controlarlos.

El método CRISPR se basa en un sistema natural utilizado por las bacterias para protegerse de la infección por virus.

Cuando la bacteria detecta la presencia de ADN viral, produce dos tipos de ARN cortos, uno de los cuales contiene una secuencia que coincide con el del virus invasor.

Estos dos ARNs forman un complejo con una proteína llamada Cas9, una enzima que puede cortar el ADN.

Cuando la secuencia coincidente, conocida como ARN guía, encuentra su objetivo dentro del genoma viral, la Cas9 corta el ADN objetivo, deshabilitando el virus.

En los últimos años, los investigadores han descubierto que el sistema podría ser ingeniado para cortar no solo el ADN viral sino cualquier secuencia de ADN en una ubicación elegida con precisión cambiando el ARN guía para que coincida con el objetivo.

Esto se puede hacer no solo en un tubo de ensayo, sino también dentro del núcleo de una celda viviente.

Una vez dentro del núcleo, el complejo resultante se bloqueará en una secuencia corta conocida como PAM.

La Cas9 deszambará el ADN y lo comparará con su ARN objetivo.

Si la coincidencia es completa, la Cas9 usará dos pequeños tijeras moleculares para cortar el ADN.

Cuando esto sucede, la celda intenta reparar la cortada, pero el proceso de reparación es propenso a errores, lo que lleva a mutaciones que pueden deshabilitar el gen.

Esto permite a los investigadores entender su función.

A veces, los investigadores necesitan ser más precisos, por ejemplo, reemplazando una gen mutante por una copia saludable.

Esto se puede hacer añadiendo otra pieza de ADN que lleva la secuencia deseada.

Una vez que el sistema CRISPR ha hecho un corte, esta plantilla de ADN puede emparejarse con los extremos cortados, recombinendo y reemplazando la secuencia original con la nueva versión.

Todo esto se puede hacer en células cultivadas, incluyendo células madre que pueden dar lugar a muchos tipos diferentes de células.

También se puede hacer en un óvulo fecundado, permitiendo la creación de animales transgénicos con mutaciones dirigidas.

A diferencia de los métodos anteriores, CRISPR puede ser utilizado para dirigirse a muchos genes a la vez, una gran ventaja para el estudio de enfermedades humanas complejas que son causadas no por una sola mutación, sino por muchos genes actuando juntos.

Estos métodos están siendo mejorados rápidamente y tendrán muchas aplicaciones en investigación básica, en el desarrollo de medicamentos, en la agricultura y quizás eventualmente para tratar pacientes humanos con enfermedades genéticas.