Genética dirigida

Mecanismo molecular de la genética dirigida.

En el nivel molecular, el gen de la endonucleasa trabaja cortando cromosomas que no codifican la dirección en un sitio concreto, induciendo a la célula a reparar el daño copiando la secuencia dirigida en el cromosoma averiado. Esto es derivado de técnicas de edición de genoma y que similarmente se basa en el hecho de que las roturas de doble cadena son más frecuentemente reparados por recombinación homóloga si una plantilla está presente, y menos a menudo por recombinación no homóloga. La célula entonces tiene dos copias de la secuencia dirigida. Para conseguir este comportamiento, la genética dirigida de endonucleasa consisten en dos elementos anidados:

• Ya sea una endonucleasa orientadora o una endonucleasa guiada por ARN (p. ej., Cas9 o Cpf1 ) y su ARN guía, que corta la secuencia objetivo en las células receptoras
• Una secuencia de plantilla utilizada por la maquinaria de reparación del ADN después de cortar la secuencia objetivo. Para lograr la naturaleza autopropagante de la genética dirigida, esta plantilla de reparación contiene al menos la secuencia de la endonucleasa. Debido a que la plantilla debe usarse para reparar una rotura de doble cadena en el sitio de corte, sus lados son homólogos a las secuencias adyacentes al sitio de corte en el genoma del huésped. Al dirigir la genética dirigida a una secuencia de codificación genética, este gen se desactivará; Se pueden introducir secuencias adicionales en la genética dirigida para codificar nuevas funciones.

Como resultado, la inserción de la genética dirigida en el genoma volverá a ocurrir en cada organismo que herede una copia de la modificación y una copia del gen de tipo salvaje. Si la genética dirigida ya está presente en el óvulo (por ejemplo, cuando se recibe de uno de los padres), todos los gametos del individuo llevarán la genética dirigida (en lugar del 50% en el caso de un gen normal).

Dado que nunca puede más del doble de frecuencia con cada generación, un impulso génico introducido en un solo individuo requiere típicamente docenas de generaciones para afectar a una fracción sustancial de una población. Alternativamente, la liberación en un número suficiente de organismos que contienen unidades puede afectar al resto en pocas generaciones; Por ejemplo, introduciéndolo en cada milésimo individuo, toma solamente 12-15 generaciones para estar presente en todos los individuos.[9] Si una unidad genética se fija en última instancia en una población y en qué velocidad depende de su efecto en la aptitud de los individuos, en la tasa de conversión de alelos y en la estructura de la población. En una población bien mezclada y con frecuencias de conversión de alelos realistas (≈90%), la genética de la población predice que los impulsos genéticos se fijan para el coeficiente de selección menor de 0,3; en otras palabras, la genética dirigida puede ser utilizada no sólo para difundir modificaciones genéticas benéficas, pero también perjudiciales, ya que el éxito reproductivo no se reduce en más del 30%.[9] Este es un gran contraste con los genes normales, que sólo pueden propagarse en grandes poblaciones si son beneficiosas.

La genética dirigida tienen dos clases principales de aplicaciones, el cual, a pesar de que está basado en la misma tecnología, tiene implicaciones de importancia diferente:

• Introducir una modificación genética en poblaciones de laboratorio; una vez una cepa o una línea que lleva la genética dirigida ha sido producida, la dirección puede ser pasada a cualquier otra línea sencillamente mediante el apareo. Aquí la genética dirigida es usada para conseguir mucho más fácilmente una tarea que es factible con otras técnicas. Requiere un confinamiento reforzado de las poblaciones de laboratorio para evitar una liberación accidental de la genética dirigida en la naturaleza.
• Introducir una modificación genética en poblaciones silvestres. En contraste con el primero, los impulsos genéticos aquí constituyen un desarrollo importante y abren la puerta a cambios previamente inalcanzables.

Debido al potencial sin precedentes de la genética dirigida, mecanismos salvaguardas han sido propuestos y probados.[10]

Debido a que la genética dirigida se propaga al reemplazar otros alelos que contienen un sitio de corte y las homologías correspondientes, su aplicación se limita a las especies de reproducción sexual (porque son diploides o poliploides y los alelos se mezclan en cada generación). Como efecto secundario, la endogamia podría ser, en principio, un mecanismo de escape, pero la medida en que esto puede suceder en la práctica es difícil de evaluar.[11]

Debido a la cantidad de generaciones necesarias para que la genética dirigida afecte a una población entera, el tiempo de universalidad varía según el ciclo reproductivo de cada especie: puede requerir menos de un año para algunos invertebrados, pero siglos para organismos con intervalos de años. entre el nacimiento y la madurez sexual, como los humanos.[12] Por lo tanto, esta tecnología es de mayor uso en especies de reproducción rápida.

Hay preocupaciones bioéticas también, ya que la genética dirigida es una herramienta muy potente.[14]

La genética dirigida afectan a todas las generaciones futuras y representan la posibilidad de un cambio mayor en una especie viva de lo que ha sido posible antes.[15]

En diciembre de 2015, los científicos de las principales academias mundiales pidieron una moratoria sobre las ediciones del genoma humano heredables que afectarían la línea germinal, incluidas las relacionadas con las tecnologías CRISPR-Cas9,[16][17] pero apoyaron la investigación básica continua y la edición de genes que no afectaría a las generaciones futuras.[18]

En febrero de 2016, los reguladores dieron permiso a los científicos británicos para modificar genéticamente los embriones humanos mediante el uso de CRISPR-Cas9 y técnicas relacionadas con la condición de que los embriones fueran destruidos en siete días.[19][20] En junio de 2016, las Academias Nacionales de Ciencias, Ingeniería y Medicina de EE. UU. publicaron un informe sobre sus "Recomendaciones para una conducta responsable" de las unidades de genes.[21]

Los modelos sugieren que los impulsos genéticos orientados a la extinción eliminarán las especies objetivo y que los impulsos podrían llegar a poblaciones más allá del objetivo dada la conectividad mínima entre ellos.[22]

Kevin M. Esvelt declaró que se necesitaba una conversación abierta sobre la seguridad de la genética dirigida: "En nuestra opinión, es prudente suponer que los sistemas de genética dirigida invasivos y autopropagantes probablemente se propaguen a todas las poblaciones de las especies objetivo en todo el mundo. En consecuencia, solo deberían construirse para combatir plagas verdaderas como la malaria, para las cuales tenemos pocas contramedidas adecuadas y que ofrecen un camino realista hacia un acuerdo internacional para desplegar entre todas las naciones afectadas".[23] Sugirió un modelo abierto para su propia investigación sobre el uso de la genética dirigida para erradicar la enfermedad de Lyme en Nantucket y Martha's Vineyard.[24] Esvelt y sus colegas sugirieron que CRISPR podría usarse para salvar la vida silvestre en peligro de extinción. Esvelt luego se retractó de su apoyo a la idea, a excepción de las poblaciones extremadamente peligrosas como los mosquitos portadores de la malaria y las islas aisladas que evitarían que la genética dirigida se extendiera más allá del área objetivo.[25]

Objetivo Malaria, un proyecto financiado por la Fundación Bill y Melinda Gates, invirtió $ 75 millones en tecnología de impulso genético. La fundación estimó originalmente que la tecnología estaría lista para su uso en el campo para 2029 en algún lugar de África. Sin embargo, en 2016 Gates cambió esta estimación a algún tiempo dentro de los siguientes dos años.[32] En diciembre de 2017, los documentos publicados bajo la Ley de Libertad de Información mostraron que DARPA había invertido $ 100 millones en investigación de la genética dirigida.[33]