Amparo Tolosa, Genotipia
Investigadores del Instituto Broad han demostrado que es posible utilizar las herramientas CRISPR para detectar y destruir virus de ARN. Los resultados de su trabajo, publicado en Molecular Cell, podrían abrir el camino hacia el desarrollo de terapias frente a virus para los que todavía no hay tratamiento disponible.
El sistema CRISPR de edición del genoma está basado en un mecanismo utilizado por las bacterias para hacer frente a las infecciones víricas. Un mecanismo por el que una cepa bacteriana puede reconocer el ataque de un virus al que ya ha sido expuesta y tiene la capacidad de hacerle frente atacando su material hereditario.
¿Podría adaptarse este sistema para destruir virus responsables de infecciones humanas? Los resultados de un reciente estudio del Instituto Broad apuntan a que sí. En este caso los investigadores consideraron virus patógenos basados en ARN. Algunos de estos virus, como el virus Ébola o el Zika constituyen patógenos de gran impacto en la especie humana, debido en gran medida a la ausencia de tratamientos efectivos disponibles.
Para desarrollar una herramienta molecular con la que hacer frente a los virus de ARN, los investigadores recurrieron a una enzima perteneciente al sistema CRISPR: Cas13. En su contexto original esta nucleasa corta el ARN y además, lo hace en regiones específicas, concretamente en aquellas complementarias a fragmentos de ARN del virus que la bacteria ha memorizado en su material hereditario.
Así, la estrategia para convertir Cas13 en un arma frente a los virus basados en ARN responsables de infecciones humanas requiere dos pasos principales: diseñar ARNs guía que permitan a Cas13 identificar un virus concreto y herramientas para hacer llegar los componentes del sistema al interior de las células, que es donde tiene lugar la acción. El estudio está centrado en el primer paso.
Una de las dificultades para desarrollar terapias frente a los virus es que son patógenos que se adaptan constantemente al ambiente y rápidamente adquieren resistencia. Esta adaptación está mediada precisamente por cambios en su material hereditario. Por esta razón el diseño de ARNs guía que reconozcan el material hereditario de un virus debe dirigirse a regiones importantes (cuya interferencia va a comprometer la función del virus) que además son menos variables.
Para diseñar los ARNs guía el primer paso de los investigadores fue analizar el genoma viral de casi 400 virus de ARN y rastrear las regiones óptimas para ser reconocidas por Cas13. A continuación, los investigadores seleccionaron tres virus con los que realizar pruebas experimentales con los fragmentos de ARN identificados como posibles ARNs guías. Los tres virus, el virus LCMV responsable de la coriomeningitis linfocítica, el virus de la gripe A y el virus causante de la estomatitis vesicular, constituyen, según los autores, ejemplos con gran impacto a nivel clínico para los que no existen alternativas efectivas.
El equipo introdujo las instrucciones para producir Cas13 y ARNs guía en células humanas que infectaron posteriormente con uno de los tres virus. En todos los casos, los investigadores observaron una reducción de carga viral en los cultivos celulares, así como una disminución en su capacidad infectiva.
Para maximizar la capacidad antiviral de la tecnología, los investigadores también han evaluado la importancia de diversas características, como la localización de la región identificada por Cas13 o la combinación de múltiples ARNs guía, en el diseño de ARNs guía.
Los investigadores han combinado la herramienta para neutralizar infecciones víricas con la tecnología SHERLOCK de detección de ácidos nucleicos, desarrollada también por el Instituto Broad. El resultado, un sistema antiviral para detectar y eliminar virus, ha sido denominado CARVER (de Cas13-Assisted Restriction of Viral Expression and Readout, en inglés).
Los autores del trabajo presentan CARVER como un primer paso para utilizar Cas13 como estrategia para hacer frente a virus en mamíferos. Los siguientes pasos abordarán cómo hacer llegar los componentes de la nueva herramienta al interior de las células de forma eficaz. “Con CARVER el efector Cas13 puede dirigirse a múltiples virus de mamíferos así como medir sus efectos y la respuesta viral”, concluyen los autores. “Esta flexibilidad tecnológica no tiene precedentes para una única proteína y resalta el poder y promesas de las nucleasas programables como Cas13”.
Entre otras aplicaciones de la herramienta, los investigadores resaltan no solo el desarrollo de antivirales para un número importante de patógenos humanos, sino también la posibilidad de investigar diversas características de los virus, como su replicación, localización de su material hereditario o evolución.
“Vemos Cas13 como una herramienta de investigación para explorar muchos aspectos de la biología viral en células humanas”, indica Catherine Freije, primera firmante del trabajo. “También podría ser potencialmente una herramienta clínica en la que estos sistemas podrían utilizarse para diagnosticar una muestra, tratar una infección viral y medir la efectividad del tratamiento – todo ello con la habilidad de adaptar CARVER rápidamente para lidiar con nuevos virus o virus resistentes a fármacos, conforme emerjan”.
Investigación original: Freije CA, et al. Programmable Inhibition and Detection of RNA Viruses Using Cas13. Molecular Cell, 2019; DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.molcel.2019.09.013
Fuente: CRISPR enzyme programmed to kill viruses in human cells. https://www.broadinstitute.org/news/crispr-enzyme-programmed-kill-viruses-human-cells
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