CRISPR. Solo los más expertos pueden citar de carrerilla el nombre completo que se esconde tras este acrónimo, pero muchos ya saben que se trata de la herramienta molecular que ha revolucionado la ingeniería genética en lo que llevamos del siglo XXI, más aún cuando sus dos principales creadoras han sido merecedoras del Nobel de Química 2020. El potencial de este novedoso sistema de corta-pega genético ya ha sido demostrado con creces en la investigación y se le auguran grandes promesas en la biomedicina. Pero existe otro ámbito de aplicación en el que CRISPR también puede despuntar: la conservación medioambiental, incluyendo la lucha contra el cambio climático.
Una de las claves de CRISPR es que permite realizar cambios en un genoma sin introducir genes marcadores. Técnicas más clásicas necesitan añadir ciertos genes externos durante el proceso de construcción de los nuevos fragmentos; por ejemplo, genes de resistencia a antibióticos, cuyo uso conlleva el riesgo de reducir la eficacia de estos fármacos. Este es uno de los inconvenientes que ha limitado la expansión de los cultivos transgénicos.
Por ello, los investigadores trabajan en la obtención de variedades vegetales modificadas mediante CRISPR, sin transgenes. Así, se han obtenido una línea de pepinos resistentes a virus, una cepa de tomates de crecimiento mejorado o un tipo de arroz resistente a un hongo, entre otros muchos ejemplos. Para el biotecnólogo de la Academia China de Ciencias Caixia Gao, “la tecnología CRISPR está eliminando las barreras a la edición genómica y podría revolucionar el cultivo de plantas”. Y aunque a los retos técnicos se sume la incertidumbre de la regulación, según Gao el hecho de que los cultivos obtenidos no contengan transgenes los asimila a los que podrían obtenerse por métodos tradicionales, por lo que “no tendrían que ser equiparados a los organismos genéticamente modificados”.
Agricultura y ganadería con bajas emisiones
CRISPR tiene también un campo de aplicación en la reducción de emisiones de gases de efecto invernadero de la agricultura y la ganadería. Los campos de arroz anegados son la mayor fuente antropogénica de metano. Anteriormente se han aplicado técnicas genéticas para producir variedades de bajas emisiones, un objetivo que resulta más asequible gracias a CRISPR. Incluso se trabaja en la obtención de variedades de hierba más fáciles de digerir para las vacas, con el doble objetivo de reducir la emisión de metano debida a la digestión y aumentar la producción de leche.
La modificación de microorganismos mediante CRISPR ofrece incontables posibilidades de cara al uso de estas células como factorías biológicas con funciones de interés medioambiental. Así, el empleo de fertilizantes de nitrógeno en la agricultura puede aminorarse potenciando genéticamente la fijación de este nutriente por parte de los microbios que crecen asociados a las plantas. La modificación genética de una microalga marina por medio de CRISPR ha logrado duplicar su producción de lípidos, un objetivo interesante para la fabricación de biocombustibles. Estos carburantes se han cuestionado por las grandes extensiones de tierra ocupadas por los cultivos destinados a su obtención, pero la objeción desaparece si la materia prima puede cultivarse en biorreactores de algas.
CRISPR podría también ayudar a ciertas especies a adaptarse al cambio climático. Un ejemplo ha sido explorado por investigadores de la Universidad de Nueva Gales del Sur, en Australia. Allí los arrecifes de la Gran Barrera de Coral están amenazados por un fenómeno de blanqueo debido al calentamiento de las aguas, el cual expulsa de las células del coral a las algas unicelulares simbióticas Symbiodinium, que proporcionan alimento mediante fotosíntesis. Los científicos australianos proponen utilizar CRISPR para introducir en el genoma de las variedades locales de esta alga los genes necesarios que aumenten su resistencia a temperaturas más elevadas. “La bioingeniería medioambiental es una estrategia alternativa de salvaguarda contra el cambio climático”, escriben los autores.
Genética dirigida para eliminar depredadores invasores
Esta corrección de genes con fines medioambientales es una opción que se ha discutido en los últimos años por el potencial de CRISPR en genética dirigida (gene drives); por este nombre se conoce el uso de ciertos mecanismos genéticos que permiten alterar el genoma de individuos de una especie de modo que esa modificación acaba imponiéndose en la población a lo largo de varias generaciones, gracias a la capacidad del mecanismo introducido de autoperpetuarse. En la naturaleza existen sistemas de genética dirigida, pero CRISPR ofrece un modo de introducirlos fácilmente a voluntad, insertando un gen junto con los elementos de corta-pega que se encargarán de hacer el cambio deseado en cada generación sucesiva.
Por ejemplo, Nueva Zelanda pretende eliminar todos los depredadores invasores para 2050 y se ha planteado la posibilidad de hacerlo mediante genética dirigida. Una opción es insertar genes que reduzcan la fertilidad de las ratas. Sin embargo, científicos como el biotecnólogo Kevin Esvelt, quien de hecho fue uno de los pioneros en el desarrollo de CRISPR y en proponer su uso para la genética dirigida, han advertido del riesgo ecológico de liberar estos sistemas en la naturaleza, ya que equivaldría a crear una nueva especie invasora. “Necesitamos discusiones internacionales abiertas sobre una tecnología que podría tener ramificaciones globales”, escribían Esvelt y su colega Neil Gemmell.
Lo cierto es que CRISPR ha resultado ser mucho más que las tijeras moleculares a las que se suele aludir: su capacidad de localizar secuencias genéticas concretas abre la vía para utilizar esta herramienta en la detección e identificación de genomas. Un ejemplo de actualidad es su uso para la creación de test rápidos y baratos de COVID-19. En el campo medioambiental, un equipo de la Universidad de California ha adaptado una plataforma basada en CRISPR llamada SHERLOCK (Specific High-sensitivity Enzymatic Reporter Unlocking) para identificar in situ el eperlano de estanque o Delta smelt (Hypomesus transpacificus), un pez endémico del estuario de San Francisco, hoy amenazado.
“Hemos mostrado que SHERLOCK puede usarse sin extracción de ADN para ciertas muestras como moco de pez, y en ese caso todo el proceso puede tardar solo de 20 a 30 minutos”, explica a OpenMind la coautora del estudio Andrea Schreier. El test identifica la especie utilizando un lector fluorescente portátil o una tira de papel como en los test de embarazo. Así, los investigadores pueden distinguir rápidamente los peces nativos de otra especie japonesa invasora de aspecto muy similar. “CRISPR puede hacer mucho más que editar genomas. Puede usarse para algunas aplicaciones ecológicas realmente geniales”, dice Schreir. Según la investigadora, “SHERLOCK y otras plataformas basadas en CRISPR pueden utilizarse en las fronteras u otros puntos de inspección para identificar pescados mal etiquetados y productos de fauna”.
Javier Yanes
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