Mecanismo para el efecto carcinogénico de la carne roja

Durante mucho tiempo hemos sabido que uno de los principales factores de riesgo para el cáncer de colon es el consumo de carne roja. Esto lo hemos sabido por grandes estudios epidemiológicos en los que hemos encontrado una correlación entre la cantidad de carne roja consumida y la incidencia de cáncer. De manera complementaria a esto,  estudios en animales de laboratorio han corroborado este hallazgo. 

 WmJR from Washington DC, USA, CC BY-SA 2.0 <https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.0>, via Wikimedia Commons

Se han propuesto varios mecanismos para explicar este fenómeno, entre los que se encuentra la cantidad de grasas saturadas y diversos componentes de la carne cocinada. 

El cáncer es una enfermedad causada por mutaciones en el ADN que están en general causadas por errores en las células, inflamación o por agentes carcinógenos ambientales. Los grandes consorcios de secuenciación del genoma del cáncer (TCGA y ICGC) han permitido generar "firmas" genéticas que pueden identificar los posibles agentes causales de estas mutaciones. Por ejemplo, es posible saber por el tipo de cambio (mutación) del nucleótido de ADN y los nucleótidos cercanos si una mutación fue causada por componentes específicos del humo del tabaco en el cáncer pulmnar.

Un estudio reciente publicado en la revista Cancer Discovery investigadores del Dana Farber Institute secuenciaron los tumores de 900 pacientes con cáncer de colon, encontrando una firma genética que indicaba alquilación (una forma de daño) del ADN, correlacionando esta firma con el consumo previo de carne roja, pero no de carne de pescado o pollo.  Esta firma estaba presente precisamente en los genes que se conocen como causantes de cáncer de colon, como KRAS y PIK3CA. 

Con esto tenemos el arma humeante del daño. Ahora falta encontrar cuales son las moléculas causales específicas para poder realizar prevención del daño.

Dra Vilma Maldonado

Dr. Jorge Meléndez Zajgla

Edición genética con CRISPR-Cas para la cura de enfermedades hematológicas

 Un nuevo hito se ha alcanzado al lograr la edición genética de células sanguíneas en dos pacientes. La anemia falciforme (Figura 1) es una enfermedad que aqueja al 0.11% de los recién nacidos en el mundo (alrededor de 105 000 bebés por año), siendo por ende la enfermedad hematológica mas frecuente en el mundo, con millones de personas afectadas y que provoca la muerte de 500 niños al año. Esta anemia afecta principalmente a personas con ancestría africana, que presentan síntomas importantes como episodios muy importantes de dolor, infecciones frecuentes, anemia, infartos cerebrales, daño en diversos órganos y en algunos casos la muerte. 

Figura 1. Las bases de la anemia de células falciformes.
The National Heart, Lung, and Blood Institute (NHLBI), Public domain, via Wikimedia Commons

Esta anemia está causada por una mutación en el gen de la hemoglobina B (HBB), que causa que las células rojas sanguíneas se alteren y puedan bloquear vasos sanguíneos. El tratamiento consta de medicamentos para controlar el dolor, transfusiones sanguíneas y quimioterapia.

En el reciente artículo de  Frangoul, et al., se describen dos pacientes, uno con anemia falciforme y otro con otra alteración genética de la hemoglobina (Beta Talasemia) que fueron tratados con células modificadas genéticamente. La manera en que se logró esto fue utilizando células troncales sanas de donadores a los cuales se les bloqueó la expresión de un factor que reprime la producción de la hemoglobina fetal. Esto hizo que esta hemoglobina (que normalmente no existe en células de personas adultas) se presentara en estas células. Este tratamiento está pensado para poder ser utilizado de manera genérica en todas la personas con enfermedades de la hemoglobina (hemoglobinopatías). Las células fueron introducidas en estos dos pacientes después de eliminar todas las células de la médula ósea (transplante alogénico).

Al año ambos pacientes permanecieron con muchas células editadas, altos niveles de hemoglobina fetal y de manera mas importante, no necesitaron transfusiones o (en el caso del paciente con anemia falciforme) tuvieron dolor.

Esto representa un gran avance como prueba de concepto para la edición genética de células somáticas (no germinales) para tratar y potencialmente curar a pacientes con enfermedades hereditarias.

Dra Vilma Maldonado

Dr Jorge Meléndez-Zajgla

Referencia

New England Journal of Medicine

CRISPR-Cas. Una navaja suiza para el diagnóstico

                                        CRISPR-Cas. CC por los Institutos Nacionales de Salud (NIH). USA

La herramienta CRISPR-Cas promete ser una revolución para la edición genómica. Sin embargo, no solo sirve para eso. La nueva revolución que nos traerá será una cambio de paradigma para el diagnóstico genómico.

En estos momentos, el diagnóstico genómico en general se realiza mediante dos grandes tipos de métodos. El de alto volumen, que implica secuenciación de una parte o todo un genoma o del ARN para encontrar las diferencias que nos permitan diagnosticar enfermedades. El segundo grupo de técnicas están apoyadas por el método de reacción en cadena de la polimerasa (PCR), por el cual Kary Mullis ganó el premio Nobel de Química en 1993. 

                        Kary Mullis. Premio Nobel en Química 1993. CC por Dona Mapston 

El PCR consiste en una fase en la que alineamos "cebadores" de ADN, que son fragmentos pequeños de ADN que se unen a los extremos del fragmento que queremos amplificar; otra fase en la cual utilizamos una enzima (polimerasa) para sintetizar el ADN que se encuentra entre ambos cebadores y una fase final en la que calentamos todo para que se separe y volvamos a empezar.

PCR. CC ASA 4.0 por Enzoklop, Wikimedia commons

Esta reacción nos permite amplificar exponencialmente cualquier ADN, lo cual ha permitido crear cebadores específicos para detectar diversas enfermedades. Por ejemplo, es la base para el diagnóstico actual del COVID-19.

Sin embargo, esta técnica tiene varias limitaciones. La primera es que requiere ciclos de calentamiento y enfriamiento para poder amplificar la región de ADN, lo cual requiere equipo especializado. La segunda es la relativa poca sensibilidad que posee. La tercera es la facilidad con que se puede contaminar la reacción. 

El sistema CRISPR puede lograr superar muchas de estas desventajas. Podemos utilizar la exquisita especificidad de una guía de ARN (mejor que un cebador de ADN) para localizar la secuencia que queremos y utilizar un reportero fluorescente para detectar la actividad de las Cas. Asimismo, el hecho de que no se necesite calentar y enfriar la muestra permite crear sistemas que pueden ser usados en lugares que no disponen de equipos sofisticados. 

Es por ello que muchos grupos de investigación en el mundo se encuentran trabajando para crear sistema que usen tiras reactivas o tubitos que permitan detectar en el campo patógenos como el Zika, Dengue o Ébola.

En nuestro grupo estamos trabajando en sistemas para detectar COVID-19 e Influenza usando un sistema CRISPR-Cas de bajo costo y mayor rapidez que el que se usa actualmente. Próximamente les compartiremos los resultados.

Dra. Vilma Maldonado

Dr. Jorge Melendez-Zajgla

CRISPR. Un premio Nobel bien merecido

El último premio Nobel de Química se le otorgó a las doctoras Jennifer Duodna y Emmanuelle Charpentier por el descubrimiento del uso de la herramienta CRISPR-Cas para la edición genómica. Este es un hito con un gran significado biológico, no solo por la importancia de un premio de esa magnitud para dos mujeres (lo cual no es muy frecuente), sino por las posibilidades que se abren.

Jennifer Doudna y Emanuelle Charpentier (CC, The Royal Society, Bianca Fioretti, Hallbauer & Fioretti,)

CRISPR (por sus siglas en inglés: Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) fue creado por bacterias hace millones de años como una herramienta de batalla contra los virus (fagos) que las aquejan. Es por ende la parte principal de su sistema inmune, en particular para otorgarles inmunidad adquirida.

Este sistema está compuesto por dos elementos generales: una nucleasa (una proteína que puede cortar ácidos nucléicos) llamada Cas (CRISPR-associated) y una hebra de ARN guía. Dado a que este sistema ha evolucionado por millones de años, existen una multitud de enzimas y ARNs guías en las diferentes especies de bacterias. El 50% de las bacterias y el 90% de las arqueas tienen este sistema.

CRISPR-Cas funciona de una manera inesperada. Como se trata de un sistema de inmunidad adquirida, la bacteria posee una serie de "espaciadores" palindrómicos en su ADN entre los que se encuentran fragmentos aislados de virus que previamente infectaron a la bacteria (la adquisición de estos fragmentos es una historia un poco más complicada). Al infectarse por un virus, se produce un ARN guía a partir de estos fragmentos y sus espaciadores. Este ARN guía forma un complejo con la proteína Cas y siendo complementario a una región específica ADN del virus, lleva a la nucleasa Cas al virus. Esta nucleasa corta el ADN, frenando la reproducción del fago.

                                                 Proteína Cas9. (CC por los National Institutes of Health)

  A partir de estos elementos se creo un sistema sintético en el cual se aislaron los genes de la proteína Cas (hay varias variedades, algunas de ellas cortan específicamente, otras no tan específicamente) y se produjeron los ARNs guías dirigidos al sitio específico del ADN de interés. Estos genes se introducen en células de cualquier especie (se ha logrado introducirlos en diversos vertebrados, incluso en células humanas) para "editar" el genoma de una manera directa. Como podemos crear las guías que de manera artificial, podemos generara una serie gigantesca de guías para muchas de los genes que queremos editar.

Dra. Vilma Maldonado

Dr. Jorge Meléndez-Zajgla