Un freno para genes con impulso

Los impresionantes avances en biología molecular de las últimas décadas han permitido el desarrollo de herramientas moleculares capaces de modificar las leyes tradicionales de la genética. Una de estas leyes sostiene que, en la reproducción sexual, los nuevos organismos generados heredan de cada uno de los progenitores un gen (en realidad un alelo, es decir, una variante de un gen).

Esta ley implica el hecho de que los nuevos organismos son solo alrededor de un 50% idénticos a cada uno de sus progenitores en muchas de sus características genéticas. Por ejemplo, si un progenitor posee dos alelos idénticos de un gen (llamémosles AA) y otro progenitor posee otros dos alelos idénticos entre sí, pero diferentes de los de su compañero sexual (llamémosles BB), la progenie heredará una de las variantes de cada progenitor y tendrá la combinación AB. No será por ello idéntica a ninguno de los progenitores. Será una mezcla de ambos.

Y bien algunas técnicas de manipulación de genes permiten soslayar esta ley y conseguir que, al menos en uno de los genes, un nuevo organismo generado por reproducción sexual sea genéticamente idéntico a uno de sus progenitores. Esto quiere decir, que, por ejemplo, con la manipulación adecuada, un cruce entre un progenitor AA y otro BB dará una progenie AA en todos los casos. Esto conducirá a la expansión rápida de la variante A en la población de la especie que haya sido así manipulada y a la extinción de la variante B. ¿Cómo es esto posible?

Transformación genética

Los detalles técnicos están fuera del alcance de la mayoría de los mortales, pero no así el concepto detrás de este fenómeno, que puede comprender cualquiera. La idea simple es que cuando en una célula se encuentren la variante A y la B del mismo gen, la variante A debe haber sido manipulada de tal manera que sea capaz de transformar a la variante B en A. Así, cuando se genere un organismo AB, la variante A transformará a la B en A en todas sus células y finalmente tendremos un organismo AA.

Este proceso de manipulación se ha denominado genética dirigida o genética con impulso. La manipulación realizada permite, en efecto, dirigir la expansión de una variante determinada de un gen en la población de organismos de una especie dada. Claramente, esa variante recibe un “impulso” expansivo.

¿Cuáles pueden ser las ventajas de los genes con impulso? Y bien, son numerosas. Como ejemplo, imaginemos que deseamos conferir resistencia a un herbicida a una especie de planta de interés agrícola. La resistencia al herbicida permitiría tratar a los campos de cultivo con este y eliminar así a otras plantas dañinas no resistentes, pero sin afectar a la planta cultivada. La introducción en el genoma de una variante génica que confiere resistencia al herbicida y que, además, haya sido manipulada para recibir el impulso génico que mencionábamos arriba conseguirá expandir esta variante en toda la población en solo unas pocas generaciones.

La técnica del impulso genético puede ser también utilizada para conducir a la extinción de poblaciones animales dañinas. Entre ellas se incluyen los mosquitos que transmiten enfermedades tan graves y prevalentes en el mundo como la malaria, o las fiebres dengue o zika.

Por supuesto, una técnica tan poderosa para manipular no ya organismos individuales, sino especies enteras, no está exenta de riesgos o malos usos potenciales. Esto, en realidad, sucede con cualquier herramienta inventada y puesta a disposición de la Humanidad. Una simple aguja puede ser empleada para coser, pero puedo pincharme con ella, o puedo usarla con mala intención para pinchar a alguien.

Algunas consecuencias no intencionadas del empleo de la genética dirigida pueden ser que una variante génica no solo se extienda por la población que queremos afectar, por ejemplo, la de un mosquito en un área geográfica determinada, sino que se extienda por la especie en todo el mundo.

Dos mecanismos de frenado

Para evitar las consecuencias no deseadas o imprevistas sería necesario la generación de mecanismos de frenado al impulso genético de los genes con impulso, valga la redundancia. Sin unos mecanismos de frenado seguros, lo más prudente sería no usar esta tecnología. Si a nadie sensato se le ocurre montar una bicicleta sin frenos, menos aún deberíamos utilizar la genética con impulso sin los frenos adecuados para ella.

Por esta razón, se ha dedicado un intenso esfuerzo para desarrollar frenos genéticos seguros, de manera que podamos comenzar a considerar el empleo de esta poderosa técnica y obtener así los beneficios que promete. Científicos de la Universidad de California han conseguido recientemente desarrollar dos mecanismos de frenado diferentes para los genes con impulso.

Puesto que la mayoría de los genes con impulso utilizan la tecnología CRISPR para la manipulación genética, los frenos desarrollados por los investigadores utilizan el enzima Cas9, que es necesario para que esta tecnología funcione. Esto, en resumen, quiere decir que los frenos utilizan el propio impulso para frenar. Sería como si al acelerar un vehículo, esta aceleración llevara inherente en ella el propio frenado cuando fuera necesario y nunca dejara al vehículo sobrepasar una determinada velocidad o recorrer más distancia de la previamente establecida.

Los investigadores no se contentan con un diseño sobre el papel de sus frenos genéticos, sino que prueban su eficacia en poblaciones aisladas en instalaciones de laboratorio. Ambos frenos demuestran así su validez y son capaces de eliminar de la población un gen con impulso en solo unas pocas generaciones.

Sin embargo, el empleo, primero, de genes con impulso y, después, de genes de frenado no deja al genoma de los organismos como si nada hubiera sucedido. Las huellas de la batalla genética entre el gen con impulso y el gen para frenarlo quedan patentes en el genoma. Estas huellas no se espera que acarreen, en general, graves consecuencias, pero en algunas ocasiones las huellas podrían ser la semilla para la generación de problemas imprevistos.

La capacidad biotecnológica de la especie humana no deja de aumentar gracias a la ciencia. Esperemos que este aumento de nuestro poder sobre la Naturaleza venga acompañado de un aumento de sensatez y sentido común que permita utilizarlo sin riesgo para beneficio de la entera especie humana.

Referencia: Xiang-Ru Shannon Xu et al. (2020) Active Genetic Neutralizing Elements for Halting or Deleting Gene Drives. Molecular Cell https://doi.org/10.1016/j.molcel.2020.09.003

 

Jorge Laborda, 27 de septiembre de 2020