JENNIFER A. DOUDNA
SAMUEL H. STERNBERG

UNA GRIETA EN LA CREACIÓN

CRISPR, la edición génica y el increíble poder de controlar la evolución

Traducción de
James Hombría C.-G. y María José Sánchez (Centro Andaluz de Biología del Desarrollo, CSIC/JA/UPO)

ÍNDICE

PRÓLOGO: LA OLA

PRIMERA PARTE: LA HERRAMIENTA

1. LA BÚSQUEDA DE UNA CURA

2. UNA NUEVA DEFENSA

3. DESCIFRANDO EL CÓDIGO

4. MANDO Y CONTROL

SEGUNDA PARTE: LA TAREA

5. EL ZOOLÓGICO DE CRISPR

6. SANAR AL ENFERMO

7. LAS CONSECUENCIAS

8. LO QUE NOS QUEDA POR DELANTE

EPÍLOGO: EL COMIENZO

AGRADECIMIENTOS

CRÉDITOS

A nuestros padres, Dorothy y Martin Doudna (J. A. D.)
y Susanne Nimmrichter y Robert Sternberg (S. H. S.)

La ciencia no sabe todo lo que le debe a la imaginación
Ralph Waldo Emerson

PRÓLOGO: LA OLA

En el sueño, estoy de pie en una playa.

A cada lado, una franja de arena de color sal y pimienta se extiende a lo largo del agua, perfilando la larga bahía. Me doy cuenta de que es la costa de la isla de Hawái donde crecí: la orilla de la bahía de Hilo, donde pasé fines de semana con mis amigos contemplando carreras de canoas y buscando conchas y boyas de cristal de los pesqueros japoneses que la marea arrastraba hasta la costa.

Pero hoy no hay amigos, ni canoas, ni pesqueros a la vista. La playa está vacía, la arena y el agua están anormalmente inmóviles. Más allá del rompeolas, la luz juega apaciblemente sobre la superficie del océano, como si quisiera calmar el miedo que he arrastrado desde la infancia; el miedo que acecha a todo hiloano, da igual lo joven que sea. Mi generación creció sin sufrir un tsunami, pero todos hemos visto las fotos. Sabemos que nuestra ciudad se encuentra en la zona inundable.

Como si le hubieran dado la señal de salida, la veo en la distancia. Una ola.

Al principio es diminuta, pero crece por segundos, elevándose frente a mí como una pared altísima, la cresta espumosa oscureciendo el cielo. Tras ella hay otras olas, todas acercándose a la costa.

Estoy paralizada de miedo, pero, a medida que el tsunami se acerca amenazador, el terror cede ante mi determinación. Descubro una pequeña cabaña de madera. Es el local de mi amigo Pua, con un montón de tablas de surf extendidas delante. Cojo una y salto al agua; remo hacia la bahía, rodeando el rompeolas, y me lanzo directamente hacia las olas que se aproximan. Antes de que la primera me alcance, consigo atravesarla zambulléndome, y cuando emerjo al otro lado surfeo la segunda. Conforme lo hago, me empapo del paisaje. La vista es impresionante: se ven Mauna Kea y, detrás, Mauna Loa, elevándose protector sobre la bahía y alzándose al cielo.

Abro los ojos en mi habitación de Berkeley, California, a miles de kilómetros de la casa de mi infancia.

Es julio de 2015 y estoy a mitad del año más emocionante y abrumador de mi vida. He comenzado a tener sueños como este regularmente y ahora me resulta fácil comprender su significado profundo. La playa es un espejismo, pero las olas y la maraña de emociones que me inspiran —miedo, esperanza y respeto— son absolutamente reales.

Me llamo Jennifer Doudna. Soy bioquímica, y he pasado la mayor parte de mi carrera en un laboratorio, investigando temas de los que la mayor parte de la gente fuera de mi campo de trabajo nunca ha oído hablar. En la última media década, sin embargo, me he involucrado en un área innovadora de las ciencias de la vida, un tema cuyo progreso no puede quedar confinado entre las cuatro paredes de ningún centro de investigación. Mis colegas y yo hemos sido barridos por una fuerza irresistible, no muy diferente de la del tsunami de mi sueño; excepto que este maremoto es uno que yo he ayudado a desencadenar.

Hacia el verano de 2015, la biotecnología que yo había contribuido a establecer tan solo unos pocos años antes estaba evolucionando a un ritmo que no podría haber imaginado. Y sus implicaciones eran sísmicas; no solo para las ciencias de la vida, sino para la vida en la Tierra.

Este libro es su historia y la mía. También es la de usted. Porque no pasará mucho tiempo antes de que las repercusiones de esta tecnología también lleguen a su puerta.

Los seres humanos han estado reformando el mundo físico durante milenios, pero sus efectos nunca han sido tan dramáticos como lo son hoy día. La industrialización ha causado el cambio climático que amenaza los ecosistemas en todo el globo, y esta y otras actividades humanas han precipitado una oleada de extinción de especies que está haciendo estragos en diversas poblaciones de criaturas con las que compartimos la Tierra. Estas transformaciones han llevado a los geólogos a proponer que rebauticemos la era actual como el Antropoceno: la época de los humanos.

El mundo biológico también está experimentando cambios profundos inducidos por los seres humanos. Durante miles de millones de años, la vida discurrió de acuerdo con la teoría de la evolución de Darwin: los organismos se desarrollaban mediante variaciones genéticas aleatorias, algunas de las cuales confirieron ventajas para la supervivencia, competencia y reproducción. Hasta ahora, nuestra especie también ha sido formada de este modo; de hecho, hasta hace poco hemos estado fundamentalmente a su merced. Cuando surgió la agricultura hace diez mil años, los humanos comenzaron a influir en la evolución a través del cultivo selectivo de plantas y animales, pero el material de partida —las mutaciones aleatorias del ADN que constituyen las variaciones genéticas disponibles— seguía generándose espontáneamente y al azar. Como resultado, los esfuerzos de nuestra especie por transformar la naturaleza estaban ralentizándose y obteniendo un éxito limitado.

Hoy las cosas no pueden ser más diferentes. Los científicos han conseguido someter por completo este proceso fundamental al control humano. Usando poderosas herramientas biotecnológicas para hacer pequeños ajustes en el ADN de la célula viva, los científicos pueden modificar racionalmente el código genético que define cualquier especie del planeta, incluida la nuestra. Y con CRISPR-Cas9 (CRISPR para abreviar), la más novedosa y, posiblemente, la más eficiente herramienta de ingeniería genética, el genoma —el contenido completo de ADN de un organismo, que incluye todos sus genes— puede ser tan editable como un simple fragmento de texto.

Con tal de que el código genético de algún rasgo en particular sea conocido, los científicos pueden usar CRISPR para insertar, editar o borrar el gen asociado en virtualmente cualquier genoma de una planta o de un animal vivo. Este proceso es mucho más simple y efectivo que cualquier otra tecnología de manipulación génica existente. Prácticamente de un día para otro, nos hemos encontrado en la cúspide de una nueva era de ingeniería genética y dominio biológico, una era revolucionaria en la cual las posibilidades solo están limitadas por nuestra imaginación.

El reino animal ha sido el primero y, por ahora, el mayor campo de pruebas para esta nueva herramienta de edición génica. Por ejemplo, los científicos han utilizado CRISPR para generar una versión genéticamente mejorada de los Beagles y crear así perros con un físico supermusculado a lo Schwarzenegger, cambiando una sola letra del ADN que controla la formación de los músculos. En otro caso, mediante la inactivación de un gen del genoma del cerdo que responde a la hormona del crecimiento, los investigadores han creado microcerdos, puercos no mucho mayores que un gato grande que pueden venderse como mascotas. Los científicos han hecho algo similar con las cabras Shannbei, editando el genoma del animal con CRISPR de modo que formen más músculo (y, por tanto, produzcan más carne) y pelo más largo (lo que implica más fibras de cachemira). Los genetistas están usando CRISPR incluso para transformar el ADN del elefante asiático en algo que cada vez se parece más al ADN del mamut lanudo, con la esperanza de resucitar algún día a esta bestia extinta.

Mientras tanto, en el mundo vegetal, el uso de CRISPR se ha expandido para editar genomas de cultivos, preparando el terreno a avances en agricultura que podrían mejorar drásticamente la dieta de la gente y reforzar la seguridad de la alimentación mundial. La edición génica ha generado arroz resistente a las plagas, tomates que maduran más lentamente, granos de soja con un contenido más saludable de grasa insaturada y patatas con menores niveles de una potente neurotoxina. Los investigadores en alimentación no están consiguiendo estas mejoras con técnicas transgénicas —introduciendo ADN de una especie en el genoma de otra—, sino refinando las mejoras genéticas que implican cambios de unas pocas letras en el ADN del propio organismo.

Mientras que las aplicaciones a la flora y fauna del planeta son apasionantes, es el impacto de la edición génica en nuestra propia especie lo que resulta a la vez más prometedor y, posiblemente, el mayor peligro para el futuro de la humanidad.

Paradójicamente, algunos de los beneficios para la salud humana probablemente llegarán con la aplicación de CRISPR en animales vertebrados o incluso insectos. Experimentos recientes de CRISPR han servido para «humanizar» el ADN de los cerdos, dando esperanzas de que algún día estos animales puedan ser usados como donantes de órganos para los seres humanos. CRISPR también se ha introducido en el genoma de nuevas cepas de mosquitos como parte de un plan para insertar rápidamente nuevos rasgos en las poblaciones de mosquitos silvestres. Con el tiempo, los científicos esperan erradicar las enfermedades transmitidas por mosquitos, como la malaria o el Zika, o incluso eliminar a los mosquitos portadores de enfermedades.

Para tratar muchas enfermedades, CRISPR ofrece el potencial de editar y reparar directamente genes mutados en pacientes humanos. Hasta ahora solo hemos podido entrever sus capacidades, pero lo que hemos visto en pocos años es extraordinario. En células humanas cultivadas en el laboratorio, esta nueva tecnología de edición génica se usó para corregir, entre otros muchos trastornos, las mutaciones responsables de la fibrosis quística, la anemia falciforme, algunas formas de ceguera y la inmunodeficiencia combinada severa. CRISPR permite a los científicos lograr estas proezas localizando y arreglando una única letra incorrecta del ADN entre los 3.200 millones de letras que componen el genoma humano, pero puede utilizarse para hacer modificaciones aún más complejas. Los investigadores han corregido los errores del ADN que causan la distrofia muscular de Duchenne recortando exclusivamente la región dañada del gen mutado y dejando el resto intacto. En el caso de la hemofilia A, los investigadores han utilizado CRISPR para reorganizar con precisión el más de medio millón de letras de ADN que están invertidas en los genomas de los pacientes afectados. CRISPR puede llegar incluso a ser utilizado para tratar el VIH/sida, ya sea eliminando el ADN vírico de las células infectadas del paciente o editando el ADN del paciente para que las células puedan evitar la infección completamente.

La larga lista de posibles usos terapéuticos de la edición génica continúa. Debido a que CRISPR permite la edición precisa y relativamente sencilla del ADN, ha transformado todas las enfermedades genéticas —al menos todas las enfermedades para las que conocemos la mutación (o mutaciones) subyacente— en una diana potencialmente tratable. Los médicos ya han comenzado a tratar algunos cánceres con células inmunes potenciadas cuyos genomas se han reforzado con genes editados que les ayudan a cazar células cancerosas. Aunque todavía nos queda mucho camino por recorrer antes de que las terapias basadas en CRISPR sean de uso común en pacientes humanos, su potencial está claro. La edición génica ofrece tratamientos que pueden mejorar la vida e, incluso, curas que salvarán vidas.

Pero existen otras implicaciones profundas para la tecnología CRISPR: no solo puede usarse para tratar enfermedades en los seres humanos vivientes, sino también para prevenirlas en los futuros seres humanos. La tecnología CRISPR es tan sencilla y eficiente que los científicos podrían explotarla para modificar la línea germinal humana —la corriente de información genética que conecta a una generación con la siguiente—. Y, no tengan duda, esta tecnología será utilizada —algún día, en algún lugar— para cambiar el genoma de nuestra propia especie de modo que sea heredable, cambiando para siempre la composición genética de la humanidad.

Asumiendo que la edición génica en humanos demuestre ser segura y efectiva, parecería lógico, incluso preferible, corregir las mutaciones causantes de enfermedades al comienzo de la vida, antes de que los genes dañinos comiencen a causar estragos. Sin embargo, una vez que sea posible modificar los genes mutados de un embrión a su forma «normal», surgirá sin duda la tentación de mejorar genes normales con versiones supuestamente superiores. ¿Deberíamos comenzar a editar genes en niños que aún no han nacido para disminuir el riesgo de que en algún momento de su vida padezcan enfermedades cardiacas, alzhéimer, diabetes o cáncer? ¿Y si dotáramos a los niños que vayan a nacer de caracteres beneficiosos como mayor fuerza y mejores capacidades cognitivas o cambiáramos características físicas como el color de los ojos o del pelo? La búsqueda de la perfección parece casi intrínseca a la naturaleza humana, pero si nos lanzamos por esa escurridiza pendiente puede que no nos guste donde acabemos.

El problema es este: durante los aproximadamente cien mil años de existencia del ser humano moderno, el genoma del Homo sapiens ha sido modelado por las fuerzas gemelas de la mutación aleatoria y la selección natural. Ahora poseemos por primera vez la habilidad de editar no solo el ADN de cualquier ser humano viviente, sino también el ADN de las generaciones futuras; en esencia, de dirigir la evolución de nuestra propia especie. Es algo sin precedentes en la historia de la vida en la Tierra. Escapa a nuestra comprensión. Y nos fuerza a enfrentarnos a una pregunta imposible pero esencial: ¿qué decidirá hacer con este extraordinario poder una especie caprichosa, cuyos miembros no pueden ponerse de acuerdo en prácticamente nada?

Controlar la evolución de la especie humana no podía haber estado más lejos de mi pensamiento en 2012, cuando mis colegas y yo publicamos el trabajo de investigación que formó la base de la tecnología de edición génica con CRISPR. Después de todo, nuestro trabajo había estado motivado por la curiosidad acerca de un tema completamente inconexo: la manera que tienen las bacterias de defenderse de una infección viral. Sin embargo, durante el curso de nuestra investigación sobre un sistema inmune bacteriano llamado CRISPR-Cas descubrimos el funcionamiento de una increíble máquina molecular que puede extraer el ADN viral con exquisita precisión. La utilidad de esta misma máquina para ejecutar manipulaciones del ADN en otros tipos de células, incluidas las humanas, nos quedó inmediatamente clara. Y a medida que la tecnología fue ampliamente adoptada y avanzó, ya no pude evitar enfrentarme a las numerosas ramificaciones de nuestro trabajo.

Desde el momento en que los científicos emplearon CRISPR en embriones de primates para crear los primeros monos editados genéticamente, ya me estaba preguntando cuánto tardaría algún científico poco ortodoxo en hacer lo mismo en seres humanos. Como bioquímica, nunca había trabajado en modelos animales, tejidos o pacientes humanos; mi zona de confort acababa en los bordes de las placas de Petri y los tubos de ensayo de mi laboratorio. Y, sin embargo, aquí estaba, observando cómo una tecnología que yo había ayudado a crear se estaba usando de formas que podrían transformar radicalmente tanto nuestra especie como el mundo en el que vivimos. ¿Podría incrementar voluntariamente las desigualdades sociales o genéticas o introducir un nuevo movimiento eugenésico? ¿A qué consecuencias tendríamos que enfrentarnos?

Estaba tentada de dejar esas discusiones a la gente con preparación en bioética y regresar al apasionante mundo de la investigación bioquímica que originariamente me había traído hasta CRISPR. Y, sin embargo, al mismo tiempo, como pionera en el campo, sentía la responsabilidad de ayudar a dirigir el debate sobre cómo podrían, y deberían, ser usadas estas tecnologías. En particular, quería asegurarme de que el debate no solo incluyera científicos y expertos en bioética, sino también a un amplio grupo de partes interesadas, entre ellos sociólogos, políticos, líderes religiosos, dirigentes y ciudadanos de a pie. Dado que este desarrollo científico afecta a toda la humanidad, parecía indispensable involucrar al mayor número posible de sectores de la sociedad. Además, creía que el debate debería comenzar de inmediato, antes de que nuevas aplicaciones de esta tecnología frustraran los intentos de ponerle freno.

Por consiguiente, en 2015, mientras dirigía mi laboratorio en Berkeley y viajaba alrededor del mundo para presentar mi investigación en seminarios y conferencias, comencé a dedicar cada vez más tiempo a temas que me eran completamente ajenos. Respondí a preguntas de docenas de periodistas acerca de todo, desde los bebés de diseño hasta los híbridos cerdo-humano y la ingeniería génica de seres sobrehumanos. Hablé sobre CRISPR con el gobernador de California, con miembros de la Oficina de Política Científica y Tecnológica de la Casa Blanca, con la CIA y ante el Congreso de los Estados Unidos. Organicé la primera reunión para discutir las cuestiones éticas que las tecnologías de edición génica, y especialmente CRISPR, estaban generando en áreas que abarcan desde la biología reproductiva y la genética humana hasta la agricultura, el medio ambiente y los cuidados sanitarios. Y ayudé a mantener la inercia de esa primera reunión coorganizando una cumbre internacional mucho mayor sobre edición génica humana que aunó a científicos y otros participantes de Estados Unidos, Reino Unido, China y del resto del mundo.

En estos debates hemos vuelto una y otra vez a la pregunta de cómo debe ser ejercido este recién descubierto poder. Aún no hemos encontrado una respuesta. Pero, poco a poco, nos vamos acercando.

La edición génica nos fuerza a solucionar la difícil cuestión de dónde trazar la línea cuando se manipula la genética humana. Algunos ven cualquier forma de manipulación genética como algo atroz, una violación execrable de las sagradas leyes de la naturaleza y la dignidad de la vida. Otros ven el genoma simplemente como un software —algo que podemos arreglar, limpiar, actualizar y mejorar— y argumentan que dejar a los seres humanos a merced de una genética defectuosa no es solo irracional, sino inmoral. Consideraciones como esta han llevado a algunos a solicitar una prohibición absoluta de la edición de los genomas de seres humanos no nacidos, y a otros, a reclamar que los científicos continúen con prudencia pero sin restricciones.

Mi punto de vista sobre este tema todavía está evolucionando, pero me llamó la atención un comentario hecho durante un encuentro que organicé en enero de 2015 para discutir sobre la edición de la línea germinal de embriones humanos. Diecisiete personas, incluyendo el coautor de este libro (y mi antiguo estudiante de tesis), Sam Sternberg, estaban sentadas en torno a una mesa de conferencias en el Napa Valley en California, debatiendo acaloradamente acerca de si —y cuándo— podría permitirse la edición de la línea germinal. De pronto alguien se inclinó hacia el grupo y dijo tranquilamente: «Algún día puede que consideremos poco ético no usar la edición de la línea germinal para aliviar el sufrimiento humano». Este comentario dio un vuelco a la conversación, y aún me viene a la memoria cuando me reúno con padres o futuros padres que están encarando los devastadores efectos de los trastornos genéticos.

Mientras deliberamos, la investigación en CRISPR continúa. A mediados de 2015, científicos chinos publicaron los resultados de experimentos en los que habían inyectado CRISPR en embriones humanos. Los investigadores habían utilizado embriones descartados por ser inviables, pero su estudio fue, de todos modos, un hito: el primer intento de editar con precisión el ADN de la línea germinal humana.

Existe una alarma justificada acerca de este tipo de experimentos. Y, sin embargo, no podemos pasar por alto las fantásticas oportunidades médicas que la edición génica nos proporciona para ayudar a gente que sufre enfermedades genéticas debilitantes. Imaginen que alguien que acaba de enterarse de que porta la copia mutada del gen HTT, que virtualmente garantiza la aparición temprana de la demencia, tuviera acceso a un medicamento basado en CRISPR que pudiera eliminar las mutaciones en el ADN antes de la aparición de cualquier síntoma. Los tratamientos curativos nunca han parecido tan cercanos, y es esencial que, mientras debatimos sobre la edición de la línea germinal, tomemos precauciones para no poner al público en contra de CRISPR ni obstruyamos el uso clínico de la edición génica no heredable.

Soy enormemente optimista sobre la promesa que representa la edición génica. El progreso en la investigación sobre CRISPR continúa rápidamente tanto en los laboratorios de instituciones académicas como en las compañías biotecnológicas incipientes, las últimas apoyadas por más de mil millones de dólares de inversores y empresas de capital riesgo. Para estimular el campo, investigadores académicos y grupos sin interés comercial están aportando herramientas baratas relacionadas con CRISPR a científicos de todo el mundo para que la investigación pueda continuar sin trabas.

Pero el progreso científico requiere algo más que investigación, inversión e innovación; la participación pública también es clave. Hasta ahora, la revolución CRISPR se ha llevado a cabo tras las puertas cerradas de laboratorios y empresas biotecnológicas emergentes. Con este libro, así como con otras iniciativas, esperamos sacarla a la luz.

En la primera parte de este libro —«La herramienta»—, Sam y yo compartimos la apasionante historia que precedió a la tecnología CRISPR, incluyendo cómo comenzó a partir del estudio de un sistema inmune bacteriano y cómo se benefició de décadas de trabajo para desarrollar métodos que permitieran reescribir el ADN en las células. En la segunda parte —«La tarea»— exploramos la miríada de aplicaciones, tanto presentes como futuras, de CRISPR en animales, plantas y humanos, y discutimos sus apasionantes oportunidades, así como los desafíos que se avecinan. Observarán que usamos mi voz todo el tiempo. Ambos hemos escrito el libro, y ambos compartimos casi todos los puntos de vista expresados en él. Pero adoptamos este enfoque narrativo para favorecer la claridad y poder representar lo extenso y detallado de mi experiencia particular a lo largo de los años.

Este libro no ha sido concebido como una historia rigurosa de CRISPR ni una cronología exhaustiva del desarrollo inicial de la edición génica. Más bien hemos intentado destacar algunos de los avances más pertinentes y dejar entrever cómo nuestro propio trabajo encaja con la investigación de otros. Hemos incluido referencias donde era apropiado, pero animamos a los lectores interesados a consultar publicaciones adicionales para complementar los temas que tratamos. Finalmente, queremos reconocer humildemente la labor de los incontables científicos que han contribuido con trabajos esenciales e inapreciables al estudio de CRISPR y de la edición génica, y nos excusamos con los muchos colegas cuya aportación no podemos mencionar por falta de espacio.

Con este libro esperamos desmitificar esta apasionante área de la ciencia e inspirarles para que se involucren. Ha comenzado una discusión global sobre la edición génica: es un debate histórico acerca de nada menos que el futuro de nuestro mundo. La ola se está acercando. Rememos hacia ella y surquémosla juntos.

PRIMERA PARTE
LA HERRAMIENTA

1

LA BÚSQUEDA DE UNA CURA

Recientemente escuché una historia increíble que resume el poder y la esperanza de la edición génica.

En 2013, científicos de los Institutos Nacionales de la Salud (National Institutes of Health, NIH) estaban tratando de resolver un misterio médico ¹ . Estos investigadores estaban estudiando una enfermedad rara hereditaria conocida como el síndrome WHIM y se habían encontrado con una paciente cuya situación eran incapaces de explicar ² . Cuando era joven, le habían diagnosticado el trastorno, pero cuando los científicos del NIH se reunieron con ella, parecía que este se había desvanecido milagrosamente de su sistema.

WHIM es una inmunodeficiencia dolorosa y potencialmente mortal que afecta solamente a unas pocas docenas de personas en el mundo y hace muy difícil la vida de aquellos desafortunados que la padecen. Está causada por una diminuta mutación, una única letra incorrecta entre el total de seis mil millones que contiene nuestro ADN: equivale al cambio de una docena de átomos aproximadamente. Esta mínima transformación hace que las víctimas de WHIM sean enormemente susceptibles a la infección por el virus del papiloma humano (en inglés human papiloma virus , HPV), que causa la aparición incontrolable de verrugas que cubren la piel de los pacientes y finalmente puede derivar en cáncer.

Prueba de lo infrecuente que es esta enfermedad es que la paciente a la que le fue diagnosticado el síndrome WHIM por primera vez en los años sesenta era la misma persona con la que los investigadores del NIH se reunieron años más tarde. En la literatura científica la conocen solo como WHIM-09, pero yo la llamaré Kim. Kim sufría WHIM desde su nacimiento, y durante el transcurso de su vida la habían hospitalizado múltiples veces con serias infecciones debidas a su enfermedad.

En 2013, Kim —que por entonces tenía cincuenta y ocho años— se presentó con sus dos hijas, ambas de veintipocos años, a una cita médica con el personal del NIH. Las jóvenes tenían los síntomas clásicos de la enfermedad, pero los científicos quedaron sorprendidos al descubrir que Kim parecía estar bien. De hecho, ella aseguraba que había estado libre de síntomas durante más de veinte años. Sorprendentemente, y sin intervención médica alguna, Kim se había curado.

Los científicos llevaron a cabo experimentos para entender por qué Kim se había recuperado espontáneamente de la enfermedad que había puesto en peligro su vida y hallaron algunas pistas reveladoras. El gen mutado responsable de la dolencia de Kim aún estaba presente en las células de la cavidad oral y la piel analizadas, pero, inexplicablemente, la mutación estaba ausente en las células de la sangre. Analizando con más detalle el ADN extraído de la sangre de Kim, encontraron algo aún más extraordinario: a una copia del cromosoma 2 le faltaba un fragmento de nada menos que treinta y cinco millones de letras de ADN, que incluía el gen mutado completo, llamado CXCR4 . (El nombre de los genes está escrito en cursiva; las proteínas para las que codifican, en letra normal. Por ejemplo, el gen HTT codifica una proteína llamada huntingtina; la enfermedad de Huntington está causada por una mutación en el gen HTT .) Los aproximadamente doscientos millones de letras de ADN restantes del cromosoma 2 estaban mezclados; era como si un tornado hubiera atravesado el cromosoma y lo hubiera dejado completamente desordenado.

Estos hallazgos iniciales sugirieron un montón de preguntas nuevas. ¿Cómo estaba tan desordenado el ADN de las células de la sangre de Kim cuando en otras partes del cuerpo era normal (excepto por la mutación en CXCR4) ? Además, dado que el cromosoma que contenía el gen CXCR4 estaba tan dañado, pues ahora le faltaban 164 genes, ¿cómo podían las células de sangre no solo estar vivas sino funcionar normalmente? El genoma humano —el juego completo de información genética de nuestras células— contiene miles de genes que son necesarios para funciones vitales, como la replicación del ADN y la división celular, por lo que parecía inconcebible que tantos genes pudieran simplemente desvanecerse sin ninguna consecuencia perjudicial.

Tras hacer una batería de pruebas, los científicos del NIH poco a poco consiguieron dar una explicación a la afortunada cura de Kim. Concluyeron que, en su cuerpo, una única célula debía de haber experimentado un proceso inusual y normalmente catastrófico llamado «cromotripsis»: un fenómeno descubierto recientemente en el cual, repentinamente, un cromosoma se hace pedazos y a continuación se repara, resultando en el reordenamiento masivo de los genes que contiene ³ . Generalmente, los efectos en el cuerpo son irrelevantes (si la célula dañada muere inmediatamente) o graves (si el ADN reordenado accidentalmente activa genes causantes de cáncer).

En el cuerpo de Kim, sin embargo, la cromotripsis resultó tener un efecto muy distinto. No solo la célula mutada creció normalmente, sino que —debido a que ahora se había deshecho de la copia enferma de CXCR4 — estaba libre del gen causante del síndrome WHIM.

Pero la increíble suerte de Kim no había acabado ahí. Los científicos del NIH determinaron que la afortunada célula debía de haber sido una célula madre hematopoyética, un tipo de célula madre a partir de la cual se originan todas las demás células sanguíneas del cuerpo y que tienen un potencial casi ilimitado para proliferar y autorrenovarse. Esa célula había transferido su cromosoma reordenado a todas sus células hijas, que finalmente repoblaron la totalidad del sistema inmune de Kim con nuevos leucocitos sanos libres de la mutación CXCR4 . Esta cadena de sucesos —tan improbable que me costó bastante tiempo hacerme a la idea mientras escuchaba la exposición del científico— había hecho desaparecer la enfermedad que había atormentado a Kim desde su nacimiento.

Como escribieron los investigadores que estudiaron el caso de Kim en el informe correspondiente, Kim era la beneficiaria de «un experimento sin precedentes de la naturaleza» en el cual una única célula madre experimentó un cambio espontáneo que libró a la célula, y a toda su progenie, de un gen enfermo. Era, en pocas palabras, un accidente afortunado —que, si se hubiera desarrollado de otra manera, podría haber matado a Kim, pero que, en este caso, le había salvado la vida—.

Para entender lo fortuito de este resultado, imaginen que el genoma humano es un enorme elemento de software. En el caso de Kim, el software contenía una letra de código erróneo entre los aproximadamente seis mil millones de letras que forman el programa. Para solucionar este problema no irían simplemente suprimiendo al azar largos trozos de código y mezclando otras secciones. Así no solo no conseguirían corregir el error original, sino que, casi con total seguridad, en ese intento de subsanar el error a ciegas causarían problemas aún mayores. Solo si fueran increíblemente afortunados —acertando una vez entre un millón, o tal vez una cada mil millones— conseguirían simultáneamente eliminar el fragmento que contiene el código erróneo y hacerlo sin destruir ninguna función crítica del software. En pocas palabras, eso es lo que ocurrió en el genoma de Kim, salvo que el programador ciego en este caso era la misma naturaleza.

Pero, por increíble que parezca el caso de Kim, lo que es todavía más increíble es que no está sola. Aunque el suyo es el único caso descrito de una paciente curada espontáneamente por rotura y reparación cromosómica, la literatura científica está salpicada de ejemplos de pacientes con una enfermedad genética que se curaron de forma espontánea parcial o totalmente por la «edición» accidental del genoma ⁴ . Por ejemplo, en los noventa, a dos pacientes de Nueva York les diagnosticaron una enfermedad genética llamada «inmunodeficiencia severa combinada» (SCID, del inglés severe combined immunodeficiency), también conocida como la enfermedad del «niño burbuja» por el entorno estéril en el que se aisló a algunos niños para reducir su exposición a patógenos. Sin un aislamiento extremo o un tratamiento con terapias muy agresivas, los pacientes con SCID mueren generalmente antes de cumplir los dos años. Sin embargo, los dos pacientes con SCID de Nueva York eran la excepción de esta terrible regla: se mantuvieron sorprendentemente sanos hasta la adolescencia y la madurez. La razón en ambos casos, concluyeron los científicos, fue que las células de los pacientes habían corregido espontáneamente la mutación causante de la enfermedad en el gen llamado ADA, y lo habían hecho sin alterar el resto del gen o del cromosoma ⁵ .

Casos similares de edición génica natural han curado otras enfermedades genéticas como el síndrome de Wiskott-Aldrich ⁶ (un trastorno del que un enorme porcentaje de pacientes, entre el 10 y el 20 por ciento, se salvan por corrección genética espontánea) y una afección del hígado llamada «tirosinemia» ⁷ . En determinadas enfermedades de la piel, la presencia de células editadas genéticamente es visible a simple vista. Por ejemplo, la afección evocativamente llamada «ictiosis en confeti» causa en las víctimas parches rojizos de piel escamada ⁸ . Las células de esas áreas portan una mutación genética, pero las células sanas en los parches circundantes se las han arreglado para reparar la mutación.

Sin embargo, en general, las probabilidades de curarse espontáneamente de una enfermedad genética son minúsculas. La mayoría de los pacientes nunca experimentan naturalmente el milagro genético de que sus genomas se alteren exactamente de la manera precisa, en las células correctas y en el tejido correcto. La edición génica natural sigue siendo una anomalía, solo algunos casos médicos curiosos que involucran a un puñado de pacientes ganadores de la lotería genética.

Pero ¿y si la edición génica no fuese solamente un acontecimiento espontáneo? ¿Y si los médicos pudieran corregir las mutaciones dañinas que causan el síndrome de WHIM, el SCID, la tirosinemia o, en definitiva, cualquier otra enfermedad genética?

Para muchos científicos, yo incluida, casos como el de Kim eran apasionantes no solo porque revelaban el poder curativo natural de la edición génica, sino también porque iluminaban un camino potencial hacia la intervención médica: un modo de revertir los efectos de una enfermedad genética corrigiendo de modo racional y deliberado las faltas ortográficas del genoma. Estas afortunadas historias demostraban que la edición génica intencionada sería posible si los científicos tuvieran el conocimiento —y las herramientas biotecnológicas— para conseguirlo.

Durante décadas antes de que yo entrara en este campo, las mujeres y hombres de las ciencias de la vida han trabajado para alcanzar ese conocimiento y desarrollar esas herramientas. De hecho, los científicos llevaban soñando con la edición génica terapéutica desde mucho antes de que fueran conscientes de que la naturaleza había proporcionado las claves para crearla. Sin embargo, para que este tipo de tecnología fuera posible, necesitaban entender el genoma mismo: de qué estaba hecho, cómo se había construido y —lo más importante— cómo podría modificarse y manipularse. Solo con ese conocimiento básico podrían, tanto ellos como sus descendientes científicos, dar los primeros pasos para ayudar a personas que, al contrario que Kim, eran incapaces de curarse por sí mismas.

FIGURA 1

ADN: el lenguaje de la vida

El genoma —un término acuñado en 1920 por el botánico alemán Hans Winkler y probablemente pensado como acrónimo de gen y cromosoma ⁹ — se refiere al conjunto de instrucciones genéticas de una célula. En un determinado organismo es prácticamente idéntico entre una y otra célula, excepto por la mutación ocasional. El genoma indica a todo organismo vivo cómo crecer, cómo mantenerse y cómo transmitir los genes a su descendencia. El genoma de un organismo dirige la formación de las aletas y las agallas que le permitirán desplazarse y respirar bajo el agua; a otro organismo el genoma le instruirá a producir las hojas y la clorofila que le permitan cosechar energía de la luz solar. Nuestros caracteres físicos intrínsecos —vista, altura, color de piel, predisposición a enfermedades y demás— son el resultado de la información codificada en nuestros genomas.

El genoma está compuesto por una molécula llamada «ácido desoxirribonucleico», o ADN, que está formada por tan solo cuatro bloques de construcción. Conocidos como «nucleótidos», estos son las familiares letras del ADN: A, G, C y T, abreviatura de los grupos químicos (también conocidos como «bases») —adenina, guanina, citosina y timina— que distinguen a los cuatro compuestos. Las letras de estas moléculas están conectadas formando largas cadenas únicas. Dos de estas cadenas se unen para formar la famosa estructura de doble hélice del ADN.

La doble hélice parece una escalera de mano retorcida para formar una larga espiral. Las dos cadenas de ADN se enrollan a lo largo de un eje central, cada una como una columna vertebral continua de azúcar-fosfato, ocupando el exterior de la hélice; ambas forman los dos largueros laterales de la escalera. Esta organización deja a las cuatro bases en el interior de la hélice, proyectándose hacia dentro, donde se encuentran en el medio; estos son los travesaños de la escalera. Una característica elegante de esta estructura es el conjunto de interacciones químicas que mantienen unidas las dos cadenas en cada travesaño, más o menos como un pegamento químico: la letra A de una cadena siempre se empareja con T en la otra cadena, y la G siempre se empareja con C. Esto es lo que se conoce como «pares de bases».

La doble hélice revela maravillosamente la base molecular de la herencia: de esta manera, un producto químico relativamente

FIGURA 2

La estructura de doble hélice del ADN

simple como es el ADN puede transmitir información genética a las dos células hijas tras la división celular, y así es como esa información puede propagarse más allá a todas y cada una de las células de una planta o de un animal. En virtud de la existencia de dos cadenas en la molécula y de las reglas que gobiernan cómo se ensamblan esas cadenas (A con T, C con G), cada cadena actúa como un molde perfecto para su par complementario. Poco antes de la división celular, una enzima separa las dos cadenas abriendo la «cremallera» que forma la doble hélice. A continuación, otras enzimas construyen una nueva hélice asociada para cada una de las cadenas simplemente usando las mismas reglas de apareamiento de las bases, lo que resulta en dos copias exactas de la doble hélice original.

Mi propia introducción a la doble hélice del ADN coincidió con mi descubrimiento de que los científicos podían estudiar moléculas que eran demasiado diminutas para poder siquiera verlas con los microscopios ópticos más potentes. Un día, cuando tenía unos doce años más o menos, llegué del colegio a casa y encontré sobre mi cama una copia manoseada del libro de James Watson La doble hélice . (Papá ocasionalmente elegía libros para mí en librerías de segunda mano para ver si me despertaban algún interés.) Creyendo que este libro era una novela de detectives —¡que lo era!—, lo dejé a un lado durante varias semanas antes de zambullirme en sus páginas una lluviosa tarde de sábado. Leyendo la descripción que Watson hace de la increíble colaboración académica con Francis Crick que les permitió —usando datos cruciales obtenidos por Rosalind Franklin— descubrir esta simple y bella estructura molecular, sentí por primera vez la atracción hacia el camino que finalmente seguiría. (Muchos años más tarde, mi propia carrera científica arrancaría determinando algunas de las primeras estructuras tridimensionales de las mucho más complejas moléculas de ARN.)

En los años siguientes al descubrimiento de Watson y Crick, los científicos intentaron entender cómo la estructura de esta molécula formada por ingredientes químicos relativamente simples podía codificar información y explicar los numerosísimos fenómenos de la vida. El ADN es parecido a un lenguaje secreto: cada secuencia específica de letras provee instrucciones para producir una proteína particular dentro de la célula. A continuación, las proteínas llevan a cabo la mayoría de las funciones críticas del cuerpo, como descomponer la comida, reconocer y destruir patógenos o detectar la luz.

Para transformar en proteínas las instrucciones contenidas en el ADN, las células usan una molécula intermediaria crucial —y muy relacionada— llamada «ácido ribonucleico», o ARN, que se produce a partir del molde de ADN mediante un proceso denominado «transcripción». El ARN tiene tres de las mismas letras que el ADN, pero en el ARN la letra T (de timina) es sustituida por la letra U (de uracilo). Además, el azúcar que forma la columna vertebral del ARN contiene un átomo más de oxígeno que el azúcar del ADN (de ahí el nombre de ácido desoxi rribonucleico). El ARN actúa como un mensajero, transportando información desde el núcleo, donde se almacena el ADN, hasta las regiones extranucleares de la célula, donde se forman las proteínas. En el proceso denominado «traducción», las células usan las largas cadenas de ARN producidas por segmentos discretos de ADN —trechos del código llamados «genes»— para construir moléculas individuales de proteína. Cada tres letras de ARN, leídas a la vez, equivalen a un aminoácido, y los aminoácidos son los bloques de construcción de las proteínas. Los genes y las correspondientes proteínas que producen difieren entre sí por la secuencia de nucleótidos (en los genes) y aminoácidos (en las proteínas). Este flujo global de información genética —de ADN a ARN a proteína— es considerado el dogma central de la biología molecular y es el lenguaje usado para comunicar y expresar la vida.

FIGURA 3

El dogma central de la biología molecular

El tamaño de un genoma y el número de genes que contiene varían enormemente entre los diferentes reinos de la vida. La mayoría de los virus, por ejemplo, solo tienen unos pocos miles de letras de ADN (o ARN, ya que algunos genomas víricos no contienen ADN) y un puñadito de genes. En contraste, los genomas bacterianos tienen una longitud de millones de letras y contienen unos 4.000 genes. Los genomas de la mosca contienen cerca de 14.000 genes dispersos a lo largo de cientos de millones de pares de bases de ADN. El genoma humano comprende unos 3.200 millones de letras de ADN, con cerca de 21.000 genes que codifican proteínas. Curiosamente, el tamaño de un genoma no predice con precisión la complejidad de un organismo; el genoma humano es aproximadamente de la misma longitud que el genoma de un ratón o de una rana, unas diez veces menor que el genoma de una salamandra y más de cien veces menor que el genoma de algunas plantas.

Diferentes especies empaquetan sus genomas de maneras completamente distintas. Mientras que la mayoría de los genomas bacterianos se encuentran dentro de la célula como un fragmento único de ADN continuo, el genoma humano está compuesto de veintitrés fragmentos distintos, llamados «cromosomas», cuya longitud oscila entre 50 y 250 millones de letras. Como las células de casi todos los mamíferos, las células humanas normalmente contienen dos copias de cada cromosoma, una del padre y una de la madre. Cada progenitor contribuye con veintitrés cromosomas, proporcionando a la descendencia un total de cuarenta y seis cromosomas. (Hay excepciones a esta regla; los individuos con síndrome de Down, por ejemplo, tienen una tercera copia del cromosoma 21.) El lote completo de cromosomas nucleares se encuentra en casi todas las células del cuerpo (los glóbulos rojos son una excepción destacada, ya que carecen de núcleo), pero el núcleo no es el único lugar de la célula donde hay ADN. El genoma humano también incluye un minicromosoma —de tan solo dieciséis mil letras de ADN— localizado en la mitocondria, las baterías celulares productoras de energía. Al contrario que el código genético que se encuentra en otros cromosomas, el ADN mitocondrial se hereda exclusivamente de la madre.

Mutaciones en cualquiera de los veintitrés pares de cromosomas nucleares o en el cromosoma mitocondrial pueden causar una enfermedad genética. La mutación más simple es una sustitución, el reemplazamiento de un nucleótido por otro, que puede alterar el gen y causar la producción de una proteína defectuosa. Por ejemplo, en la anemia falciforme, una alteración genética de la sangre, la decimoséptima letra de un gen conocido como «beta-globina» está mutada de A a T. Cuando se traduce en aminoácidos, esta mutación resulta en la sustitución del aminoácido glutamato por el aminoácido valina en una región crítica de la proteína hemoglobina, el principal componente para el transporte de oxígeno en los glóbulos rojos. Las consecuencias de este diminuto cambio en la proteína —una diferencia de tan solo diez átomos entre los más de ocho mil del total— son terribles. Las moléculas de hemoglobina mutadas se pegan entre sí y forman filamentos anormales que cambian la forma de los glóbulos rojos, resultando en anemia, mayor riesgo de ictus e infección y dolor óseo severo.

La anemia falciforme es un ejemplo de enfermedad genética recesiva. Esto quiere decir que ambas copias del gen HBB (del inglés hemoglobin subunit beta) de un individuo deben tener la mutación para que esa persona esté afectada; si solo una copia tiene la alteración, el gen sin mutar puede producir suficiente hemoglobina normal para superar los efectos negativos de la hemoglobina mutada. La gente con solo una copia mutada del gen HBB, sin embargo, es portadora del carácter de la anemia falciforme, y aunque generalmente no esté afectada, puede pasar el gen mutado a su descendencia.

Otras enfermedades genéticas presentan herencia dominante, lo que significa que una sola copia del gen mutado es suficiente para causar la enfermedad. Un ejemplo es el síndrome de WHIM, en el cual la milésima letra del gen CXCR4 está mutada de C a T; el gen mutante crea una proteína hiperactiva que domina la función del gen sano.

La anemia falciforme y el síndrome de WHIM son ejemplos de enfermedades genéticas causadas por mutaciones con sustituciones simples (el cambio erróneo de una letra del ADN por otra). Pero las enfermedades genéticas pueden resultar también de inserciones o deleciones de ADN. Por ejemplo, una afección neurodegenerativa conocida como enfermedad de Huntington se debe a una mutación del gen HTT en la cual tres letras de ADN se repiten demasiadas veces. Eso hace que las células del cerebro produzcan proteínas anormales que las dañan gradualmente. Y al contrario, las deleciones son responsables de la forma más común de fibrosis quística, una enfermedad genética que pone en peligro la vida y que afecta primariamente a los pulmones; la deleción de tres letras del código genético en el gen CFTR (del inglés Cystic Fibrosis Transmembrane Conductance Regulator) resulta en una proteína a la que le falta un importante aminoácido y no funciona correctamente. Otras enfermedades se producen cuando segmentos de un gen se invierten (es decir, cuando aparecen del revés) o cuando segmentos o incluso cromosomas enteros se duplican o se pierden por error.

Conocemos las causas genéticas de muchas enfermedades gracias a la llegada relativamente reciente de la secuenciación del ADN, un proceso que permite a los científicos leer letra a letra y registrar el contenido del genoma humano. Después del desarrollo de los primeros métodos de secuenciación en los años setenta, los científicos comenzaron a buscar e identificar con gran esfuerzo las causas genéticas de las que, por entonces, eran las afecciones hereditarias mejor conocidas. El campo experimentó un salto cuántico tras completarse el Proyecto Genoma Humano. Comenzando en 1990, científicos de todo el mundo se asociaron para secuenciar el genoma humano completo. Esta descomunal empresa fue facilitada por una nueva tecnología que permitía a los investigadores clonar largos trozos de ADN humano en la levadura, y también por las mejoras en la automatización de los laboratorios y el desarrollo de algoritmos computacionales que ayudaron a analizar los datos de secuenciación. En 2001, tras un esfuerzo titánico y con un coste de más de tres mil millones de dólares, se publicó el primer borrador del genoma.

Desde que se completara el Proyecto Genoma Humano, la secuenciación del ADN y la secuenciación de genomas completos se han convertido en procesos asombrosamente rápidos, baratos y efectivos. Los científicos han identificado con precisión más de cuatro mil tipos diferentes de mutaciones de ADN que pueden causar una enfermedad genética. La secuenciación del ADN puede informar a una persona de si tiene un riesgo elevado de padecer ciertos cánceres y ayudar a adaptar tratamientos específicos que se ajusten mejor a la constitución genética de cada paciente. Además, ahora que la secuenciación comercial del ADN se ha convertido en algo normal y cuesta solo unos cientos de dólares por prueba, millones de personas han optado por analizar sus genomas simplemente enviando por correo una muestra de saliva. La explosión de datos resultante ha ayudado a los investigadores a determinar con precisión asociaciones significativas entre miles de variantes génicas y un número de caracteres físicos y de comportamiento.

Aunque la secuenciación del genoma representa un avance enorme para el estudio de las enfermedades genéticas, en el fondo solo es una herramienta diagnóstica, no una forma de tratamiento. Nos ha permitido comprobar cómo las enfermedades genéticas están escritas en el lenguaje del ADN, pero nos deja impotentes para cambiar ese lenguaje. Después de todo, una cosa es aprender a leer y otra muy distinta aprender a escribir. Para eso los científicos necesitan unas herramientas completamente distintas.

Los investigadores llevan soñando con curaciones basadas en el ADN desde que se conocen las enfermedades genéticas. Mientras que algunos científicos comenzaban a identificar el origen de los trastornos genéticos, otros buscaban de forma agresiva nuevas técnicas para tratar esas afecciones; no solo medicando a los pacientes para aliviar temporalmente los efectos adversos de un gen mutado, sino para reparar el gen mismo y así revertir permanentemente el curso de la enfermedad. Por mencionar un solo y, por desgracia, común ejemplo: la anemia falciforme se trata con transfusiones frecuentes de sangre, el uso de hidroxiurea y trasplantes de médula ósea. ¿No sería mejor centrarse en la mutación de ADN responsable?

Estos primeros investigadores sabían que la mejor solución para tratar una enfermedad genética sería arreglar el gen defectuoso, haciendo intencionadamente lo que la naturaleza había hecho accidentalmente cuando curó a Kim y a otros pacientes tan afortunados como ella. Para estos científicos, sin embargo, la idea de tratar enfermedades genéticas reescribiendo el código genético mutado parecía imposible. Reparar un gen defectuoso sería como encontrar una aguja en un pajar para luego quitar la aguja sin perturbar una sola brizna de paja en el proceso. Sin embargo, sospechaban que podrían llevar a cabo un cambio similar añadiendo genes enteros de repuesto a las células dañadas. La pregunta era: ¿cómo podrían introducir ese valioso cargamento en un genoma enfermo?

Inspirados en parte por la misteriosa habilidad de los virus para insertar nueva información genética en el ADN, los pioneros de esta terapia génica se dieron cuenta de que podían utilizar virus para introducir genes terapéuticos en seres humanos. Los primeros intentos descritos llegaron a finales de los sesenta de la mano de Stanfield Rogers, un médico estadounidense que había estado estudiando un virus causante de verrugas en conejos, el papilomavirus de Shope. Rogers estaba particularmente interesado en un aspecto del virus: inducía a los conejos a producir arginasa, una enzima que sus cuerpos usaban para neutralizar la arginina, un aminoácido nocivo. Los conejos enfermos tenían mucha más arginasa en su sistema, y mucha menos arginina, que los conejos sanos. Además, Rogers advirtió que los investigadores que habían trabajado con el virus también tenían niveles menores de lo normal de arginina en sangre. Aparentemente estos científicos habían contraído las infecciones de los conejos y estas infecciones también habían ocasionado cambios estables en el cuerpo de los investigadores.

Rogers sospechaba que el virus de Shope estaba llevando a las células un gen que incrementaba la producción de arginasa. Mientras se maravillaba por la habilidad del virus para transferir tan eficientemente su información genética, comenzó a preguntarse si una versión modificada podría transportar otros genes de utilidad. Muchos años después, Rogers recordaría: «¡Estaba claro que habíamos descubierto un agente terapéutico mientras buscábamos una enfermedad!» ¹⁰ .

Rogers no tuvo que esperar mucho para encontrar una enfermedad en la que probar su teoría. Tan solo unos años después se descubrió en dos niñas alemanas una afección genética llamada «hiperargininemia». Al igual que los conejos infectados por el papilomavirus de Shope, estas pacientes tenían niveles anormales de arginina, pero en lugar de presentar niveles inusualmente bajos del aminoácido, estos eran extremadamente altos. El gen para la producción de arginasa de las pacientes —el gen que Rogers sospechaba que era transmitido por el virus de Shope— estaba ausente o mutado.

Los síntomas de la hiperargininemia eran horribles: incluían espasmos que incrementaban progresivamente, epilepsia y discapacidad intelectual severa. Pero cabía la posibilidad de que una intervención temprana, especialmente en la menor de las dos pacientes alemanas, pudiera prevenir los peores efectos de la enfermedad. Rogers y sus colaboradores alemanes administraron Shope a las niñas con intención terapéutica, inyectando altas dosis del virus purificado del conejo directamente en el torrente sanguíneo.

Desgraciadamente, la terapia génica de Rogers fue decepcionante; no solo para él sino también, y especialmente, para los pacientes y sus familias. Las inyecciones tuvieron poco efecto en las niñas y Rogers fue criticado por llevar a cabo un tratamiento que muchos científicos consideraban temerario y prematuro ¹¹ . Investigaciones posteriores demostraron que, en contra de la teoría de Rogers, el virus de Shope ni siquiera contenía un gen de arginasa y, de entrada, no habría sido útil para tratar la hiperargininemia ¹² .

Aunque Rogers no volvería a intentar hacer terapia génica de nuevo, su planteamiento, utilizando virus como medio para introducir genes —«vectores», como los llaman los científicos—, revolucionó el campo de la biología. El experimento fracasó, pero su premisa básica demostró ser sólida y los vectores víricos son aún uno de los modos más eficaces que conocemos para insertar genes en el genoma de una célula y alterar así el código genético de un organismo vivo.

FIGURA 4

Terapia génica mediante vectores virales

Algunas características específicas hacen que los virus sean buenos vectores. Para empezar, han evolucionado para ser increíblemente eficientes infiltrándose en células de cualquier tipo. Desde el origen de la vida, los organismos de todos los reinos —bacterias, plantas, animales y demás— han tenido que lidiar con virus parásitos cuyo único objetivo es secuestrar a las células, insertarles su propio ADN y engañarlas para que hagan más copias del virus. A través de los eones, los virus han aprendido a explotar prácticamente todos los puntos débiles del sistema defensivo de la célula y han perfeccionado estrategias para soltar su carga genética en su interior. Como herramienta, los vectores virales son sorprendentemente fiables; los investigadores que trabajan con vectores virales pueden introducir genes en las células diana con una eficiencia cercana al cien por cien. Para los científicos pioneros en el uso terapéutico de esta técnica, los vectores víricos eran el caballo de Troya definitivo.

Los virus no solo saben cómo insertar su ADN en la célula, sino también cómo hacer que el nuevo código genético se mantenga. En los años veinte y treinta, los primeros tiempos en los que la investigación genética se centró en las bacterias, los científicos estaban confundidos por la habilidad de los virus bacterianos de aparecer aparentemente de la nada y causar infecciones. La investigación subsiguiente demostró que estos virus podían insertar su genoma en el cromosoma de la célula bacteriana y acechar sin ser detectados hasta que las condiciones fueran adecuadas para iniciar una infección agresiva. Los retrovirus, una amplia clase de virus que incluye el virus de la inmunodeficiencia humana (VIH), hacen lo mismo en seres humanos, insertando su material genético en el genoma de las células infectadas. Esta perniciosa característica hace de la erradicación de los retrovirus un reto especialmente difícil; tanto es así que han dejado una marca descomunal en nuestra especie. Hasta un 8 por ciento del genoma humano —más de 250 millones de letras de ADN— está constituido por restos de antiguos retrovirus que infectaron hace milenios a los antepasados de nuestra especie.

Tras los primeros intentos de terapia génica en los sesenta, el campo despegó gracias a la revolución que implicaba el ADN recombinante, un término comodín que se refiere a cualquier código genético generado en un laboratorio, no en la naturaleza. Usando nuevas herramientas biotecnológicas y nuevos métodos bioquímicos, en los setenta y los ochenta los científicos desarrollaron formas de cortar y pegar segmentos de ADN en los genomas y de aislar secuencias de genes concretos. Esto les permitió insertar genes terapéuticos en los virus y a la vez eliminar los genes víricos peligrosos de modo que ya no pudieran dañar a las células infectadas. Esencialmente, los científicos habían convertido estos virus en misiles benignos, diseñados para introducir cargamentos genéticos en la diana deseada y poco más.

A finales de los ochenta, después de que los retrovirus modificados se hubieran utilizado con éxito para insertar en ratones genes producidos en el laboratorio, había comenzado la carrera para ensayar la terapia génica en la clínica. Por entonces me encontraba en Harvard, haciendo experimentos para mi tesis en bioquímica, y recuerdo discutir con mis compañeros de laboratorio la noticia de que French Anderson y sus colegas del NIH habían sido los primeros en alcanzar la meta. Habían desarrollado un vector muy prometedor que contenía una copia sana del gen de la adenosín deaminasa (ADA), que está mutado en los pacientes que sufren ADA-SCID (inmunodeficiencia combinada severa). Su objetivo era utilizar terapia génica para integrar permanentemente el gen ADA no mutado en las células sanguíneas de pacientes ADA-SCID, permitiéndoles producir la proteína que les faltaba —una medida que Anderson y sus colegas esperaban que curara la enfermedad—. Desafortunadamente, los resultados de este ensayo clínico pionero fueron cuestionables: el virus modificado no perjudicó a ninguno de los dos receptores, pero su efectividad fue difícil de determinar. Aunque tras los tratamientos los niveles de células inmunes viables de ambos pacientes se habían incrementado, esa mejoría podía deberse a las otras terapias que estaban recibiendo simultáneamente. Y además, como solo un número muy bajo de las células de los pacientes parecían haber recibido el gen ADA normal, daba la impresión de que el virus no era tan eficiente en la inserción génica como los científicos esperaban.

Sin embargo, desde esta prueba inicial tan poco concluyente, realizada hace tres décadas, la terapia génica ha experimentado avances extraordinarios. Las mejoras en el diseño de los vectores virales y en los métodos usados para introducirlos han generado resultados extremadamente prometedores en la terapia génica para ADA en docenas de pacientes SCID, y ya se dispone de una versión comercial, Strimvelis, que al parecer será aprobada pronto. Además, en los más o menos dos mil ensayos clínicos de terapia génica completados o iniciados en 2016 la lista de dolencias tratadas se ha expandido enormemente para incluir otras enfermedades hereditarias monogénicas, como la fibrosis quística, la distrofia muscular de Duchenne, la hemofilia, algunos tipos de ceguera y un número creciente de enfermedades cardiovasculares y neurológicas. Mientras tanto, en el campo emergente de la inmunoterapia del cáncer —en el que se cargan las células que combaten el tumor con genes dirigidos contra moléculas específicas de tumores—, la terapia génica ha sido reconocida como uno de los avances más prometedores para el tratamiento del cáncer, probando que esta todavía tiene mucho que aportar al campo de la medicina.

Pero a pesar de todas las expectativas que generó, la terapia génica no ha sido la panacea que científicos y médicos esperaban que fuera; de hecho, en ocasiones parece que ha provocado más daños que beneficios. El campo recibió un duro golpe en 1999, cuando un paciente murió tras sufrir una reacción inmune masiva en respuesta a una alta dosis de vector viral. Por entonces yo era miembro de la facultad en la Universidad de Yale y estaba muy involucrada en proyectos para determinar cómo las moléculas del ARN viral secuestraban la maquinaria de producción de proteínas de las células. Aunque mi campo de estudio estaba muy alejado del de la terapia génica, las noticias de este desastroso resultado me apenaron y a la vez me animaron a trabajar para alcanzar un conocimiento más profundo de los virus y las células.

Entonces, a comienzos de los 2000, cinco pacientes en un ensayo de terapia génica de SCID asociado al cromosoma X desarrollaron leucemia (un cáncer de la médula ósea). Los cánceres se debieron a la activación de un oncogén —un gen causante de cáncer— provocada de forma indirecta por el retrovirus, que hizo proliferar descontroladamente a las células. Este incidente subrayó los riesgos inherentes de suministrar a los pacientes grandes cantidades de un agente extraño saturando sus genomas aleatoriamente con miles de letras de ADN. Recuerdo decirme a mí misma que esta línea de investigación clínica, en principio tan apasionante, parecía inherentemente arriesgada.

La terapia génica, por su misma naturaleza, también es poco efectiva para un amplio rango de afecciones genéticas que no están causadas por la falta o por la ineficiencia de un gen. Estas afecciones no pueden arreglarse simplemente introduciendo nuevos genes en las células. Pongamos la enfermedad de Huntington, en la que el gen alterado produce una proteína anormal que bloquea completamente el efecto de la segunda copia sana del gen. Como el gen mutado domina al gen sin mutar, la terapia génica simple —la adición de otra copia del gen normal usando un virus modificado— no tendrá ningún efecto sobre Huntington u otras afecciones dominantes.

Para esta y otras enfermedades genéticas de difícil tratamiento, lo que los médicos necesitaban realmente era un modo de reparar genes problemáticos, no solo complementarlos. Si pudieran arreglar el código defectuoso que causó el problema, podrían abordar tanto enfermedades dominantes como recesivas sin tener que preocuparse nunca de las consecuencias de la inserción del gen en el lugar equivocado.

Esta posibilidad me había fascinado desde el comienzo de mi carrera. A principios de los noventa, tras dejar Harvard con mi doctorado, discutí esta misma idea durante muchas tardes en el laboratorio de la Universidad de Colorado, en Boulder, donde trabajaba como investigadora posdoctoral. Durante esos días, mi amigo y compañero de laboratorio Bruce Sullenger y yo discutíamos acerca de todo, desde las elecciones presidenciales de 1992 —a mí me gustaba Paul Tsongas, y a Bruce, Bill Clinton— hasta las diversas estrategias de terapia génica. Una idea que barajábamos era la posibilidad de que las moléculas de ARN, esos intermediarios celulares entre el ADN y las proteínas, pudieran editarse para arreglar las mutaciones que arrastraban del ADN. De hecho, este era el tema del proyecto de investigación de Bruce. Ocasionalmente también discutimos otra posibilidad: la edición del código del que se originaban estos ARN defectuosos, es decir, el mismo ADN del genoma. Estábamos de acuerdo en que esta estrategia cambiaría la situación. La pregunta era si dicha estrategia dejaría alguna vez de ser una idea quimérica.

A lo largo de los ochenta, mientras algunos investigadores refinaban las terapias génicas basadas en virus, otros perseguían métodos más sencillos para transformar células de mamífero con ADN preparado en laboratorio. Estos métodos básicos estaban dirigidos principalmente a la investigación, pero, según avanzaba la década, los científicos comenzaron a explorar su potencial terapéutico en células humanas.

Estas aproximaciones tenían ventajas fundamentales sobre otras técnicas de transferencia génica más complicadas. Para empezar, eran mucho más rápidas; en lugar de complicarse empaquetando genes dentro de virus reconstruidos, los científicos podían inyectar directamente en las células el ADN generado en el laboratorio o permitir que las células lo absorbieran bañándolas en una mezcla especialmente preparada de ADN y fosfato cálcico. En segundo lugar, aunque estos métodos más sencillos no implicaban el uso de virus para insertar genes en el genoma celular, las células eran capaces de combinar —aunque ineficientemente— el ADN foráneo con el suyo propio.

Con frecuencia, los ratones eran los primeros sujetos experimentales de estas técnicas, y los científicos estaban sorprendidos de lo eficientes que resultaban los nuevos métodos en estos animalillos. Los investigadores vieron que inyectando un ADN nuevo en óvulos fertilizados de ratón e implantándolos en ratonas podían insertar permanentemente este ADN extraño en la siguiente generación y causar cambios observables en los animales en desarrollo. Estos avances significaban que cualquier gen que los científicos lograran aislar y clonar en el laboratorio podría ser examinado e investigado; añadiendo el gen a las células, podían observar sus efectos y entender mejor su función. Aunque por entonces mi propia investigación estaba enfocada en entender las formas y funciones de las moléculas de ARN, podía apreciar que las repercusiones de este trabajo eran enormes.

Una cuestión importante era entender cómo llegaba exactamente el ADN a su destino en el genoma. Mario Capecchi, un profesor de la Universidad de Utah, siguió la pista de este problema a principios de los ochenta tras hacer la sorprendente observación de que cuando se insertaban en el genoma muchas copias de un gen, el patrón de integración era el opuesto de la aleatoriedad que se habría esperado. En lugar de distribuirse al azar en los distintos cromosomas del genoma, Capecchi detectó que los genes siempre se agrupaban en una o unas pocas regiones, con muchas copias solapándose entre sí, como si se hubieran ensamblado deliberadamente. De hecho, eso era exactamente lo que pasaba ¹³ .

Lo que Capecchi había observado eran los efectos de un proceso llamado «recombinación homóloga», un fenómeno bien conocido por entonces pero que él no había esperado ver en su experimento. El caso mejor conocido de recombinación homóloga se da durante la formación de células de óvulo y esperma, cuando los dos juegos de cromosomas que heredamos de nuestros padres se reducen a tan solo uno, para más tarde combinarse con otro juego durante la reproducción sexual. En este proceso de eliminación, las células seleccionan una mezcla de los cromosomas paternos y maternos; cada par de cromosomas participa en su propia versión del sexo, intercambiando grandes trozos de ADN de modo que se incrementa la diversidad genética. A pesar de lo alucinantemente complejo que es mezclar, emparejar y ensamblar de nuevo millones de letras de ADN, las células lo hacen perfectamente usando la recombinación homóloga. El mismo proceso ocurre en todos los reinos de la vida; las bacterias, por ejemplo, intercambian información genética por medio de la recombinación homóloga, y los biólogos han estado aprovechándose de la recombinación homóloga en levaduras para realizar experimentos durante años.

Pero el descubrimiento de Capecchi de que las células de mamífero cultivadas en laboratorio también realizaban la recombinación homóloga fue fundamental. Como él mismo menciona al final de su artículo de 1982, «sería interesante determinar si sería posible explotar [las enzimas involucradas] para dirigir un gen a una localización cromosómica concreta por recombinación homóloga» ¹⁴ . En otras palabras: la recombinación homóloga podría permitir a los científicos pegar con precisión los genes en sus lugares correspondientes del genoma; una mejoría espectacular sobre la aleatoriedad de la inserción génica con virus. Mejor aún, podría permitir a los científicos sobrescribir genes defectuosos simplemente insertando repuestos sanos directamente en el lugar de la mutación.

Tan solo tres años después del estudio de Capecchi, esa posibilidad se convirtió en realidad con un importante trabajo publicado por Oliver Smithies y sus colegas. Trabajando con células humanas derivadas de tumores de vejiga, se propusieron reemplazar las copias del gen de la beta-globina propias de la célula por una versión recombinante, artificial, que habían construido en el laboratorio. Increíblemente, funcionó ¹⁵ . Sin que los científicos tuvieran que realizar ningún truco caprichoso —literalmente mezclaron el ADN con fosfato cálcico y lo añadieron a las células— unas pocas células internalizaron el ADN extraño, emparejaron las secuencias de ADN construidas en el laboratorio con las secuencias de ADN equivalentes del genoma y llevaron a cabo algún tipo de gimnasia molecular que intercambió el antiguo ADN reemplazándolo por el nuevo.

Las células, al parecer, podían hacer por sí solas casi todo el trabajo duro de modificar su genoma. Eso significaba que los científicos podrían suministrar genes de una forma menos agresiva, sin utilizar virus para introducir un ADN nuevo en el genoma. Engañando a la célula para que pensara que el ADN recombinante no era más que un cromosoma extra que necesitaba aparearse con su gen correspondiente del genoma, los científicos se aseguraban de que el nuevo ADN se combinaría con el código genético nativo por recombinación homóloga.

Los científicos apodaron a este nuevo procedimiento de manipulación génica «modificación genética dirigida». Hoy lo conocemos por otro nombre: «edición génica».

El potencial de esta tecnología para la investigación genética se aproximaba al objetivo final aunque sin alcanzarlo. Pero Smithies sabía que la recombinación homóloga podría usarse también como terapia. Si los científicos consiguieran dirigir genes a las células sanguíneas de un paciente que sufriera anemia falciforme, el gen de la beta-globina mutante se podría reemplazar por la secuencia sana normal. Su descubrimiento, aún en fase experimental, era susceptible de poder ser utilizado en algún momento para curar enfermedades.

FIGURA 5

Edición génica vía recombinación homóloga

Otros laboratorios se lanzaron a refinar esta técnica de modificación génica. Uno de ellos fue el de Capecchi. En 1986, mientras yo estaba en mi segundo año de posgrado, demostró que la recombinación homóloga era lo suficientemente precisa como para incluso reparar mutaciones individuales del genoma y corregir las deficiencias enzimáticas de las células ¹⁶ . Dos años más tarde, presentó una estrategia genérica aplicable a cualquier gen del genoma cuya secuencia fuese conocida. También propuso que la recombinación homóloga podría utilizarse no solo para corregir o reparar genes, sino también para inactivarlos por motivos de investigación; apagando los genes y observando el resultado, los científicos podrían discernir las funciones de cualquier gen ¹⁷ .

Cuando completé mi tesis a finales de los ochenta, la modificación génica dirigida ya se había usado ampliamente para editar ADN en cultivos celulares de ratón y humanos e incluso en ratones vivos. El trabajo seminal del laboratorio de Martin Evans demostró que, modificando los genes en células madre embrionarias de ratón y a continuación inyectando de nuevo esas células madre modificadas en los embriones, los científicos podrían crear ratones vivos con cambios de diseño. Los descubrimientos de Capecchi, Smithies y Evans finalmente fueron reconocidos en 2007 con el Premio Nobel de Fisiología o Medicina.

A pesar de sus implicaciones sísmicas, en sus primeros tiempos la edición génica resultaba mucho más atractiva para la investigación básica que para aplicaciones terapéuticas en seres humanos. Para los genetistas de mamíferos que buscaban el modo de estudiar las funciones de diferentes genes, la modificación génica fue una tecnología que cambió totalmente el panorama. No obstante, los investigadores médicos se mostraban cautelosos ante su uso en humanos, porque, a pesar de su potencialidad, la recombinación homóloga se quedaba lamentablemente corta cuando se la consideraba como tratamiento.

Tal vez su mayor inconveniente era el problema de la recombinación no homóloga, o recombinación ilegítima, en la que el ADN se integraba aleatoriamente en el genoma en lugar de integrarse con precisión en su secuencia correspondiente. De hecho, la recombinación ilegítima parecía predominar sobre la recombinación homóloga en una proporción de cien contra uno. Claramente, el uso terapéutico no era muy prometedor si solo se podía corregir un gen mutado en el 1 por ciento de las células transformadas, insertándose aleatoriamente el ADN en el genoma en el otro 99 por ciento. Los científicos encontraron soluciones eficaces para evitar el problema en cultivos celulares sin perder la esperanza de su futura aplicación en medicina. Como Capecchi declaró a principios de los noventa, «a la larga la recombinación homóloga es la única salida para la terapia génica» ¹⁸ . Pero, por el momento, la edición génica parecía no ser lo suficientemente buena como para usarse en seres humanos.

A principios de los ochenta, mientras muchos científicos estaban ocupados pensando cómo modificar genes en células humanas, Jack Szostak intentaba aclarar el proceso de la división celular de la levadura. Como profesor en la Harvard Medical School, Szostak (que más tarde dirigiría mi proyecto de tesis) estaba trabajando en el problema fundamental de cómo eran siquiera posibles la modificación génica dirigida y la recombinación homóloga. En concreto, quería entender cómo dos cadenas de ADN de un cromosoma podían unirse a las dos cadenas correspondientes de ADN del segundo cromosoma, intercambiar información durante una especie de estadio fusionado intermedio y separarse de nuevo para rehacer los cromosomas individuales después de que las células se dividan.

En 1983, mientras yo aún era estudiante de grado en el Pomona College al otro lado del país, Szostak creyó encontrar la respuesta. Basándose en resultados de genética de levaduras, él y su estudiante de grado Terry Orr-Weaver, junto con los profesores Rodney Rothstein y Frank Stahl, publicaron un provocativo modelo en el que el factor determinante —la alarma roja que iniciaba el proceso de recombinación homóloga— era un corte en uno de los cromosomas que causaba la rotura doble de ambas cadenas de ADN ¹⁹ . Según este modelo, los extremos de ADN liberados en la zona de corte tendrían una alta tendencia a fusionarse, siendo las secuencias flanqueadoras las que tendrían más probabilidad de involucrarse en un intercambio de información genética con su cromosoma equivalente (o, en el caso de la edición génica, con el ADN equivalente proporcionado por el investigador).

Cuando llegué a su laboratorio en 1986, Szostak ya estaba cambiando el foco de su investigación hacia el estudio del papel que desempeñaban las moléculas de ARN en el origen de la vida. Pero en el laboratorio, mis compañeros y yo discutíamos la elegancia del modelo de rotura de doble cadena, así como el escepticismo con el que había sido recibido por la comunidad científica. Con el tiempo quedó claro que este modelo era consistente con muchos de los datos experimentales. El mecanismo de reparación de la rotura de doble cadena tenía sentido no solo durante la recombinación homóloga que ocurría en la formación de los óvulos y espermatozoides, sino también durante la recombinación que tenía lugar cuandoquiera que el ADN se rompiera. Todas las células están expuestas a agentes que dañan el ADN, como la radiación por rayos X o los carcinógenos, y las células son extraordinariamente eficientes reparando estas roturas sin perder información genética. De acuerdo con el modelo de Szostak, este proceso de reparación dependía de la capacidad de los cromosomas equivalentes de asociarse por recombinación homóloga, y eso podría explicar por qué tener dos copias del mismo cromosoma era una estrategia evolutiva beneficiosa. Cualquier daño en un cromosoma podría repararse simplemente copiando la secuencia equivalente del segundo cromosoma.

Si el modelo de rotura de doble cadena era correcto, y si las conclusiones de la investigación en levaduras se confirmaban en mamíferos, entonces había una manera obvia de mejorar la eficiencia de la edición génica: cortar en dos el genoma justo en el lugar donde se estaba intentando editar. Si querían reemplazar un gen defectuoso del genoma por la copia corregida que se había construido en el laboratorio, primero tendrían que ingeniárselas para cortar en dos el gen defectuoso, induciendo localmente en el ADN una doble rotura de cadena, y entonces proporcionar la copia corregida del gen. Enfrentada al corte, la célula trataría de reparar el daño buscando un cromosoma equivalente para copiarlo, y en ese momento encontraría el gen sintético. Esencialmente, habrían engañado a la célula para que creyera que había sufrido un daño de origen natural en el ADN y se le proporcionaría un nuevo trozo de ADN, disfrazado de segundo cromosoma, que podría usar para arreglar el fragmento roto.

En 1994, un grupo de investigadores del laboratorio de Maria Jasin en el Memorial Sloan Kettering Cancer Center de la ciudad de Nueva York fueron los primeros en emplear esta estrategia de engaño con células de mamífero; un avance que leí con enorme interés desde el cercano New Haven, donde acababa de llegar tras acabar mi investigación posdoctoral en Boulder. Era apasionante descubrir que este trabajo pionero, construido sobre el modelo de rotura de doble cadena de mi tutor predoctoral, lo llevaba a cabo otra científica que compartía mi fascinación por las moléculas de la vida.

El experimento de edición génica de Jasin era original y creativo. Su estrategia consistía en introducir en células de ratón una enzima que cortase el genoma haciendo un corte de doble cadena; al mismo tiempo, añadía a las células un trozo de ADN sintético —un molde de reparación— equivalente a la secuencia que se había cortado. Más tarde verificaba si las células de ratón habían reparado el ADN roto incorporando el molde de reparación. Haciendo el mismo experimento con y sin la enzima, podía comprobar su hipótesis: que un corte generado artificialmente en la doble cadena podía incrementar la eficiencia de la recombinación homóloga.

El reto era encontrar una enzima capaz de cortar el genoma en un lugar concreto entre los miles de millones de opciones posibles. Para resolver ese problema, Jasin robó sabiamente una pieza de la maquinaria molecular de la levadura: la endonucleasa I-Sce I.

Las nucleasas son enzimas que cortan en dos los ácidos nucleicos; algunas cortan ARN, otras cortan ADN. Las endonucleasas cortan el ARN o el ADN en algún lugar dentro de las cadenas, en oposición a las exonucleasas, que cortan exclusivamente desde los extremos. Algunas endonucleasas son altamente tóxicas para las células, ya que cortan casi cualquier trozo de ADN que se encuentren, independientemente de su secuencia. Otras endonucleasas son altamente específicas y solo cortan ciertas secuencias, y muchas otras se encuentran a medio camino entre ambas.

La endonucleasa I-Sce I que Jasin eligió era una de las endonucleasas más específicas conocidas por entonces, y requería una combinación perfecta de dieciocho letras consecutivas de ADN para cortar un segmento determinado. Seleccionar una endonucleasa con alta capacidad de discriminación era crítico; si Jasin hubiera seleccionado una enzima demasiado promiscua, hubiera cortado el genoma por todas partes, lo que no solo habría dificultado la interpretación de los resultados sino que potencialmente también habría dañado a la célula receptora. Sin embargo, con una especificidad de dieciocho letras seguidas, I-Sce I cortaría solo una secuencia de ADN entre las más de cincuenta mil millones de combinaciones posibles. (Irónicamente, el genoma del ratón ni siquiera tenía una secuencia de dieciocho letras que coincidiera, así que, antes de intentar el experimento de edición génica, Jasin tuvo que insertar una copia de esa secuencia en el genoma para que la enzima tuviera algún lugar donde cortar.)

Los resultados del experimento de Jasin fueron impresionantes ²⁰ . Consiguió que un increíble 10 por ciento de las células repararan con precisión un gen mutado usando recombinación homóloga, un nivel de éxito que ahora parece bajo pero que era cientos de veces mayor del que los científicos habían conseguido anteriormente. Era la evidencia más prometedora hasta el momento de que este proceso podría permitir a los científicos reescribir el código del genoma sin el riesgo de recombinación ilegítima o inserción aleatoria de los vectores retrovíricos. Realice un corte en la doble cadena en el lugar correcto y, prácticamente, las células le harán todo el trabajo.

Solo había un problema: para que esta aproximación fuera útil, los científicos tendrían que ser capaces de cortar el genoma en lugares específicos. En el experimento piloto de Jasin, la secuencia reconocida por I-Sce I se había pegado artificialmente en el genoma antes de que se introdujera la nucleasa, pero las secuencias de muchos genes asociados a enfermedades eran inamovibles, por así decirlo; no podían ser modificadas para que se ajustaran a una enzima endonucleasa quisquillosa. Una vez roto, el genoma era eficientísimo reparándose a sí mismo e incorporando la nueva información; el truco estaba en descubrir cómo romperlo en el lugar preciso.

Desde mitad de los noventa en adelante, mientras yo estaba profundizando en la investigación sobre la estructura de las moléculas de ARN y su peculiar comportamiento bioquímico, los investigadores se lanzaron a diseñar nuevos sistemas que, al igual que I-Sce I, les permitieran seleccionar como blanco secuencias específicas de ADN. Si pudieran resolver ese problema, desbloquearían completamente el potencial de la edición génica.

Estos sistemas de edición génica de nueva generación tenían que cumplir tres requisitos críticos: tenían que reconocer específicamente la secuencia de ADN deseada, tenían que ser capaces de cortar esa secuencia de ADN y tenían que poder reprogramarse fácilmente para cortar diferentes secuencias de ADN diana. Los dos primeros criterios eran necesarios para generar los cortes en la doble cadena, y el tercero, para que la herramienta fuera de utilidad general. I-Sce I era excelente en los dos primeros pero fracasaba horriblemente en el tercero. Para construir un sistema de corte de ADN programable, los bioingenieros pensaron que necesitarían o bien rediseñar I-Sce I para que reconociera y cortara nuevos tipos de secuencias, o bien encontrar una nueva enzima endonucleasa que cortara diferentes secuencias de ADN.

Los esfuerzos de los científicos por rediseñar I-Sce I se quedaron cortos (lo que no resulta muy sorprendente, dada la absoluta complejidad de las enzimas proteicas), y pronto fue obvio que la búsqueda en la naturaleza de otras enzimas nucleasas sería una estrategia mucho más prometedora. De hecho, mientras Jasin trabajaba con I-Sce I, otros científicos ya habían aislado docenas de nucleasas en un amplio rango de organismos y determinado la secuencia de ADN exacta que reconocían. Pero había un problema fundamental: la gran mayoría de estas enzimas reconocían secuencias de solo seis u ocho letras de longitud, demasiado cortas para ser útiles. Esas secuencias aparecían decenas de miles o incluso cientos de miles de veces en el genoma humano, lo que significa que incluso si la nucleasa pudiera estimular la recombinación homóloga de un gen, el proceso haría trizas a casi todo el genoma. La célula quedaría destrozada incluso antes de haber tenido la oportunidad de iniciar la reparación del ADN.

Los investigadores no podían depender de ninguna de las nucleasas descubiertas previamente, y no era factible comenzar a buscar enzimas como I-Sce I cada vez que se requiriese la edición de un nuevo gen. Si la edición génica terapéutica iba a ser una técnica viable para corregir mutaciones causantes de enfermedades, los médicos no podrían estar a la espera de que los científicos descubrieran una nucleasa capaz de reconocer la región precisa del gen exacto donde un paciente tuviera una mutación nociva. Los científicos tenían que ser capaces de elegir la nucleasa correcta sobre la marcha o por lo menos tener la forma de generarla cuando fuese necesario.

Aunque yo no lo sabía entonces, en 1996 se realizó un estudio que supondría un cambio de paradigma para solucionar ese problema. Srinivasan Chandrasegaran, un profesor de la Universidad Johns Hopkins, se dio cuenta de que en lugar de construir nuevas nucleasas, encontrarlas en la naturaleza o remodelar I-Sce I, podía tomar una aproximación híbrida seleccionando trozos de proteínas que existían naturalmente para después combinarlos. Estas endonucleasas quimera cumplirían los dos primeros requisitos de una nucleasa editora de genes: serían capaces de reconocer y cortar una secuencia específica de ADN.

Chandrasegaran se dedicó a generar una nucleasa quimera juntando secciones de dos proteínas existentes en la naturaleza, eficientes en la localización o en el corte de secuencias de ADN respectivamente. Para realizar el corte, Chandrasegaran seleccionó un módulo de una nucleasa bacteriana llamada FokI que podía introducir cortes en el ADN pero que no tenía preferencia por ninguna secuencia en particular. Para conseguir la especificidad, utilizó una familia de proteínas naturales ubicuas denominadas «proteínas con dedos de zinc», llamadas así porque reconocían el ADN usando extensiones parecidas a dedos unidas por iones de zinc y organizadas una junto a otra como los dedos de una mano. Dado que estas proteínas con dedos de zinc estaban construidas de múltiples segmentos repetidos organizados en tándem, y que cada segmento reconocía una secuencia específica de ADN de tres letras, parecía probable que combinando los segmentos de diferentes maneras los científicos podrían rediseñar las proteínas para que reconocieran distintas secuencias de ADN.

De forma increíble, la nucleasa quimera de Chandrasegaran parecía funcionar ²¹ . Tras fusionar el módulo de corte de FokI con el módulo de reconocimiento de ADN de una proteína con dedos de zinc, su equipo demostró que la nucleasa diseñada reconocía y cortaba exactamente el ADN que esperaban que cortara, a pesar de que habían mezclado dos componentes proteicos de orígenes completamente diferentes.

Pronto Chandrasegaran se asoció con el profesor de la Universidad de Utah Dana Carroll para emplear estas nuevas nucleasas con dedos de zinc, o ZFN (del inglés Zinc Finger Nucleases), en usos más prácticos. Juntos demostraron que las ZFN también funcionaban en huevos de rana (un sistema modelo muy popular entre los biólogos), y que el corte de ADN inducido por estas estimulaba la recombinación homóloga ²² . A continuación, trabajando con moscas de la fruta, el laboratorio de Carroll programó una nueva ZFN para modificar un gen involucrado en la pigmentación del cuerpo llamado yellow, y demostró que esta estrategia podía producir una alteración genética precisa en un organismo completo ²³ . Esto era un avance profundamente significativo para la edición génica. No solo las ZFN eran lo suficientemente útiles como para usarse en animales sino que, además, podían rediseñarse para actuar sobre nuevos genes.

La comunidad científica se subió a ese tren inmediatamente, y los investigadores comenzaron a diseñar ZFN para cumplir sus propios objetivos, centrándose en nuevos genes y trabajando con nuevos organismos modelo. En 2003, Matthew Porteus y David Baltimore fueron los primeros en demostrar que se podía editar con precisión un gen en células humanas por medio de una ZFN construida para ese propósito ²⁴ . Inmediatamente después, Fyodor Urnov y sus colegas corrigieron en células humanas una mutación causante de SCID ligada al cromosoma X ²⁵ . La posibilidad de utilizar una estrategia de edición génica para tratar enfermedades genéticas nunca había estado tan cerca.

Mientras tanto, las ZFN también fueron adoptadas por otros laboratorios interesados en la edición génica con propósitos completamente diferentes, como la producción agrícola o los modelos animales modificados con precisión. A finales de los 2000 la tecnología se aplicó con éxito a plantas de arabidopsis, tabaco y maíz, demostrando que los cortes de doble cadena en el ADN promovían la recombinación homóloga muy eficientemente en muchos tipos celulares, no solo en mamíferos. Simultáneamente, comenzaron a aparecer poco a poco publicaciones que describían que las ZFN se habían utilizado para modificar genes en peces cebra, gusanos, ratas y ratones. Este trabajo era fascinante y llamó mi atención en publicaciones y conferencias debido a su interesante potencial.

Pero, a pesar de su promesa, las ZFN solo fueron adoptadas por un puñado de laboratorios. Los investigadores que las utilizaban tenían mucha experiencia en ingeniería de proteínas, colaboraciones con los pocos laboratorios que ya tenían esa experiencia o enormes bolsillos con los que pagar el abultado precio de las nucleasas de diseño. En teoría, diseñar ZFN era sencillo: simplemente había que combinar los diferentes segmentos de dedos de zinc de modo que reconocieran la secuencia de ADN que se quisiera editar. Pero, en la práctica, era muy difícil. Una gran proporción de las nuevas ZFN diseñadas no reconocían las secuencias de ADN que se suponía que debían reconocer; otras eran demasiado promiscuas e iban tras cualquier secuencia remotamente relacionada con su diana, matando a las células que se les había encomendado editar. Y en otros casos, el módulo de dedo de zinc podía reconocer el ADN correctamente, pero la nucleasa no cortaba.

Por razones parecidas a las que habían convertido el rediseño de I-Sce I en un reto difícil de resolver, daba la impresión de que las ZFN no eran lo suficientemente programables para ser útiles como herramientas polivalentes de edición. Sin duda, los resultados de las ZFN probaban concluyentemente que el diseño de nucleasas era el camino a seguir si el objetivo era la edición génica, pero el campo estaba aún a la espera de un nuevo tipo de tecnología que fuera más fiable y fácil de usar.

Esa tecnología —o al menos su primera versión— fue descubierta en 2009 y provino del estudio de nuevos tipos de proteínas encontrados en Xanthomonas , una bacteria patógena que infecta plantas. Llamadas «efectores similares a activadores transcripcionales», en inglés transcription activator-like effectors, TALE, estas proteínas son increíblemente parecidas en su organización a las proteínas con dedos de zinc: están formadas por múltiples segmentos repetidos, cada uno de los cuales reconoce un área determinada del ADN. Pero hay una diferencia: mientras que cada dedo de las proteínas con dedos de zinc reconoce una secuencia de tres letras de ADN, cada segmento de las TALE reconoce una sola letra de ADN. Esta diferencia permitía a los científicos deducir fácilmente un código, ya que cada segmento reconocería una determinada letra de ADN, y luego simplemente organizaban esos segmentos, uno tras otro, para reconocer secuencias más largas de un gen. Esto, que había parecido sencillo con las ZFN, con las TALE, de hecho, lo era.

Los científicos comenzaron a seguir el rastro de la nueva pista inmediatamente. Tras el descubrimiento de este código, tres laboratorios fusionaron TALE al mismo módulo de corte de ADN usado en las ZFN y crearon las nucleasas TALE, o TALEN. Las TALEN eran increíblemente efectivas a la hora de iniciar la edición génica dentro de las células, y después de que los investigadores hicieran algunas mejoras en su diseño y construcción, parecía que serían, de lejos, más sencillas de construir e implementar que las ZFN.

«Pero compadeceos de las pobres TALEN», escribió Dana Carroll en un artículo que narraba los orígenes de la edición génica ²⁶ . Porque, apenas descubiertas, las TALEN ya se habían sustituido por la siguiente, y posiblemente definitiva, herramienta llegada al campo de la edición génica. La tecnología se llamó CRISPR, y es aquí donde mi historia confluye con la de la edición génica, y con esta larga marcha de la historia científica, que estaba a punto de entrar en una nueva y apasionante fase.

1 . D. H. McDermott et al., «Chromothriptic Cure of WHIM Syndrome», Cell 160 (2015): 686-69. 2 . WHIM son las iniciales en inglés de los síntomas principales: warts, hypogammaglobulinemia, infections and myelokathexis (verrugas, hipogammaglobulinemia —una deficiencia en inmunoglobulinas—, infecciones y mielocatexis —una deficiencia de cierto tipo de leucocitos—). 3 . P. J. Stephens et al., «Massive Genomic Rearrangement Acquired in a Single Catastrophic Event During Cancer Development», Cell 144 (2011): 27-40. 4 . R. Hirschhorn, «In Vivo Reversion to Normal of Inherited Mutations in Humans», Journal of Medical Genetics 40 (2003): 721-728. 5 . R. Hirschhron et al., «Somatic Mosaicism for a Newly Identified Splice-Site Mutation in a Patient with Adenosine Deaminase-Deficient Immunodeficiency and Spontaneous Clinical Recovery», American Journal of Human Genetics 55 (1994): 59-68. 6 . B. R. Davis y F. Candotti, «Revertant Somatic Mosaicism in the Wiskott Aldrich Syndrome», Immunologic Research 44 (2009): 127-131. 7 . E. A. Kvittingen et al., «Self-Induced Correction of the Genetic Defect in Tyrosinemia Type I», Journal of Clinical Investigation 94 (1994): 1657-1661. 8 . K. A. Choate et al., «Mitotic Recombination in Patients with Ichthyosis Causes Reversion of Dominant Mutations in KRT10», Science 330 (2010): 94-97. 9 . J. Lederberg, «’Ome Sweet ’Omics — A Genealogical Treasury of Words», Scientist, 2 de abril de 2001. 10 . S. Rogers, «Reflections on Issues Posed by Recombinant DNA Molecule Technology. II», Annals of the New York Academy of Sciences 265 (1976): 66-70. 11 . T. Friedmann y R. Roblin, «Gene Therapy for Human Genetic Disease?», Science 175 (1972): 949-955. 12 . T. Friedmann, «Stanfield Rogers: Insights into Virus Vectors and Failure of an Early Gene Therapy Model», Molecular Therapy 4 (2001): 285-288. 13 . K. R. Folger et al., «Patterns of Integration of DNA Microinjected into Cultured Mammalian Cells: Evidence for Homologous Recombination Between Injected Plasmid DNA Molecules», Molecular and Cellular Biology 2 (1982): 1372-1387. 14 . Ibidem . 15 . O. Smithies et al., «Insertion of DNA Sequences into the Human Chromosomal Beta-Globin Locus by Homologous Recombination», Nature 317 (1985): 230-234. 16 . K. R. Thomas, K. R. Folger y M. R. Capecchi, «High Frequency Targeting of Genes to Specific Sites in the Mammalian Genome», Cell 44 (1986): 419-428. 17 . S. L. Mansour, K. R. Thomas y M. R. Capecchi, «Disruption of the Proto-Oncogene Int-2 in Mouse Embryo-Derived Stem Cells: A General Strategy for Targeting Mutations to Non-Selectable Genes», Nature 336 (1988): 348-352. 18 . J. Lyon y Peter Gorner, Altered Fates: Gene Therapy and the Retooling of Human Life (Nueva York: Norton, 1995), 556. 19 . J. W. Szostak et al., «The Double-Strand-Break Repair Model for Recombination», Cell 33 (1983): 25-35. 20 . P. Rouet, F. Smih y M. Jasin, «Introduction of Double-Strand Breaks into the Genome of Mouse Cells by Expression of a Rare-Cutting Endonuclease», Molecular and Cellular Biology 14 (1994): 8096-8106. 21 . Y. G. Kim, J. Cha y S. Chandrasegaran, «Hybrid Restriction Enzymes: Zinc Finger Fusions to Fok I Cleavage Domain», Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 93 (1996): 1156-1160. 22 . M. Bibikova et al., «Stimulation of Homologous Recombination Through Targeted Cleavage by Chimeric Nucleases», Molecular and Cellular Biology 21 (2001): 289-297. 23 . M. Bibikova et al., «Targeted Chromosomal Cleavage and Mutagenesis in Drosophila Using Zinc-Finger Nucleases», Genetics 161 (2002): 1169-1175. 24 . M. H. Porteus y D. Baltimore, «Chimeric Nucleases Stimulate Gene Targeting in Human Cells», Science 300 (2003): 763. 25 . F. D. Urnov et al., «Highly Efficient Endogenous Human Gene Correction Using Designed Zinc-Finger Nucleases», Nature 435 (2005): 646-651. 26 . S. Chandrasegaran y D. Carroll, «Origins of Programmable Nucleases for Genome Engineering», Journal of Molecular Biology 428 (2016): 963-989.

2

UNA NUEVA DEFENSA

En 2014 celebré el vigésimo aniversario de mi laboratorio de investigación —un hito que casualmente coincidió con mi quincuagésimo cumpleaños— organizando un viaje al hogar de mi infancia: Hawái. Las cerca de treinta personas que asistieron (una combinación de estudiantes universitarios, estudiantes de tesis, científicos posdoctorales, personal de laboratorio, sus parejas e incluso mi hijo Andrew) se alojaron en tres casas de alquiler cerca de la población de Kona, en la costa oeste de la Isla Grande, a tan solo quince minutos de la playa y a unas horas de coche de la casa donde crecí en Hilo. Durante el día organizábamos pícnics, salíamos de excursión por el Parque Nacional de los Volcanes de Hawái, íbamos de caminata por las playas y los mercados cercanos y buceábamos en los arrecifes prístinos que rodean la isla. Pasamos una noche espectacular disfrutando de las increíbles vistas del aura roja creada por las corrientes de lava en el cráter de Halemaumau y varias noches socializando al regresar a las casas de alquiler entre pizzas y cervezas, desmelenándonos con bailes improvisados y sesiones de karaoke.

Por supuesto, como en cualquier reunión de científicos, también sacamos tiempo para hacer unas presentaciones. En el curso de cuatro días mantuvimos cuatro minisimposios en los que cada miembro del laboratorio dio una charla de quince minutos sobre un tema de su elección; los asuntos tratados iban desde la historia del laboratorio hasta los detalles más sutiles de la estructura del ARN.

El cuarto día, Ross Wilson, un científico posdoctoral que había organizado casi toda la logística del encuentro, se puso en pie para dar la última charla. Al menos, yo creía que iba a ser una charla. Pero, en lugar de eso, Ross nos sorprendió a todos con unos cortos sobre mí que habían montado a partir de viejas cintas VHS que —sin mi conocimiento— habían pasado de mano en mano a través de los años como una especie de tradición de laboratorio.

Los invitados me aclamaron y me tomaron el pelo a partes iguales mientras se sucedían los cortos en la pantalla: el vídeo de un discurso de aceptación que pronuncié en una ceremonia de premios en la Fundación Nacional de Ciencia en 1999, una foto mía sosteniendo un contador Geiger en la revista Vogue en el año 2000 y un extracto de un documental que Frederick Wiseman filmó en mi laboratorio, que por entonces se había trasladado de Yale a la Universidad de California, Berkeley.

Enterrados en este metraje había trocitos de dos reportajes de noticiarios de televisión en los que aparecí, ambos cubriendo el primer gran descubrimiento que salió de mi laboratorio en Yale, allá por 1996. Recordaba la existencia de estos fragmentos de televisión, aunque no los detalles. La repentina atención sobre mi laboratorio había sido a la vez excitante y un poco enervante, especialmente para una joven investigadora que pasaba la mayor parte de su tiempo pegada a la mesa de trabajo.

De todas las secuencias en el vídeo de Ross, estas fueron las que provocaron la mofa más ruidosa del grupo. Todo parecía tan retro: su jefa a los treinta, el tono pasado de moda de los presentadores, el espectáculo de los pesados, y ahora obsoletos, ordenadores que en aquel momento eran de lo más avanzado.

Mientras me unía a las risas, mi mente planeó de vuelta hacia aquellos primeros días de mi trabajo en Yale y recordé las esperanzas y temores a los que me enfrentaba mientras me embarcaba en una nueva y arriesgada área de investigación, un proyecto que muchos científicos me habían advertido que nunca tendría éxito. Ver a mi versión joven entrevistada para estos fragmentos de noticias me hizo recordar los sentimientos de intensa excitación y profunda pérdida que habían teñido esos días. Mis comentarios grabados también proporcionaban una sorprendente predicción de lo que vendría mucho más tarde a medida que mis investigaciones progresaban en nuevas direcciones.

En el momento de las entrevistas mi laboratorio acababa de determinar la estructura tridimensional —la localización precisa de cada uno de los átomos— de una molécula de ácido ribonucleico, o ARN, que formaba parte de una molécula más grande conocida como «ribozima autocatalítica». En los años ochenta, Tom Cech, mi supervisor posdoctoral en la Universidad de Colorado, Boulder, había recibido el Premio Nobel por el descubrimiento de las ribozimas autocatalíticas. Su descubrimiento supuso un gran avance porque la existencia de ribozimas autocatalíticas sugería que la vida en la Tierra se había originado a partir de moléculas de ARN que podían a la vez codificar la información genética y replicarla en las células primitivas. Cuando comencé en mi propio laboratorio de Yale en 1994, mi objetivo era construir sobre el gran descubrimiento de Tom estudiando la estructura de la ribozima para entender mejor cómo funcionaba. Quería averiguar cómo el ARN —una molécula muy relacionada con el ADN— podía funcionar a la vez como repositorio de instrucciones genéticas y como molécula químicamente reactiva capaz de cambiar de forma y comportamiento biológico. Este esfuerzo había culminado con el extraordinariamente emocionante descubrimiento de que el ARN puede doblarse formando estructuras tridimensionales que son muy diferentes a la elegante simpleza de la doble hélice de ADN.

Pero mi alegría al determinar la estructura de la ribozima, trabajo que hice con mi estudiante de doctorado Jamie Cate, vino acompañada de una tragedia personal. Ese otoño me llamó mi padre a la oficina de Yale para darme una terrible noticia: le habían diagnosticado un melanoma avanzado. En sus últimos tres meses de vida volé a Hawái desde New Haven tres veces y pasé intensos días y noches cogiéndole de la mano, leyendo sus fragmentos favoritos del libro de Henry David Thoreau Walden, escuchando a Mozart, discutiendo cómo actuaban las distintas medicaciones contra el dolor y considerando qué nos ocurre tras la muerte. Siempre interesado en lo que estaba investigando, papá preguntaba constantemente por los últimos resultados de mi laboratorio. En un determinado momento, le enseñé una foto de la molécula de ribozima reproducida en tinta verde. Dijo: «¡Parecen fetuccini verdes!». Tres semanas después había muerto.

Intentando superar la muerte de mi padre, pero necesitada de distracciones, me lancé de nuevo al trabajo, consolándome con la idea de que la vida de otras personas podría algún día salvarse, o al menos mejorar, gracias a nuestra investigación. El proyecto de la ribozima, como muchas investigaciones científicas, estaba motivado por dos deseos: aclarar fenómenos naturales inexplorados y poner este conocimiento en práctica. Cuando decidí por primera vez determinar la estructura molecular de la ribozima, muchos biólogos creían que este tipo de molécula podría ofrecer un método alternativo para tratar enfermedades. El método basado en ribozimas, como se veía por entonces, difería tanto de la terapia génica (que buscaba corregir anomalías genéticas añadiendo genes sanos) como de la edición génica (que buscaba reparar los propios genes defectuosos), permitiendo a los médicos curar a los pacientes arreglando las moléculas defectuosas de ARN —esos mensajeros que nuestras células utilizan para convertir ADN en proteína—.

Llevada por el entusiasmo de este descubrimiento, especulé ante el entrevistador de la televisión sobre la posibilidad de que estas moléculas pudieran algún día convertirse en herramientas para editar el ADN. Después de todo, ya había evidencias de que algunas ribozimas eran capaces de provocar cambios químicos en el ADN. Contemplando este vídeo de hacía casi veinte años, vi a mi joven yo volando directamente hacia esa misma aplicación; dije: «Una posibilidad es que fuéramos capaces de curar o tratar a la gente que tiene defectos genéticos […]. Esperamos que [este descubrimiento] proporcione pistas sobre cómo podríamos modificar la ribozima para que sirva como un kit de reparación molecular para corregir genes defectuosos».

Después resultó que este último desarrollo nunca llegó a ocurrir, o al menos aún no lo ha hecho. Aunque un buen número de terapias basadas en ribozimas finalmente llegaron a constituir ensayos clínicos, ninguna demostró ser efectiva para tratar enfermedades genéticas. Pero la entrevista me trajo de vuelta al presente y sus inesperadas conexiones con mi investigación actual.

Lo que me llamó la atención, ahí sentada en esa casa alquilada en Hawái, era hasta qué punto las palabras que había elegido entonces reflejaban un giro sorprendente en mi senda de trabajo. Cuando describí mi investigación sobre ribozimas en términos de su potencial para reparar genes, no tenía ni idea de que, aproximadamente dos décadas más tarde, la edición génica iba a definir mi carrera.

Cerca de quince años después de que esos cortos se hicieran públicos, participé en una línea de investigación cuyas posibilidades terapéuticas eran mucho, pero muchísimo mayores de lo que había imaginado en 1996 como nuevo miembro de la facultad. Ocurrió mientras estaba estudiando otro sistema biológico, una respuesta inmune en bacterias, en la que el ARN interpretaba un papel estelar. Pero, al revés que el proyecto sobre ribozimas, centrado en un tema que ya había recibido una enorme cantidad de atención debido al Premio Nobel de su descubridor, este viaje comenzó desde lo desconocido. Empezó como un entretenimiento y avanzó a través de una serie de reuniones inesperadas y colaboraciones fortuitas. Sentada en Hawái con familiares y colaboradores, contemplando mi versión joven en la televisión, me maravillaba cómo la idea subyacente de reparar genes defectuosos parecía haber sido el hilo conductor de mi carrera.

Nunca olvidaré la primera vez que oí el término CRISPR.

Fue en 2006, y estaba sentada en mi oficina del séptimo piso del Stanley Hall en la Universidad de California, Berkeley, cuando sonó el teléfono. Al otro lado de la línea estaba Jillian Banfield, una colega de Berkeley profesora del Departamento de Ciencias de la Tierra y Planetarias y del de Ciencias Medioambientales, Política y Desarrollo.

Solo conocía a Jill por su reputación, y ella tampoco me conocía mucho más a mí; me explicó que había encontrado la página web de mi laboratorio tras una rápida búsqueda en Google. Geomicrobióloga interesada principalmente en las interacciones de los microorganismos con su entorno, Jill había estado buscando en Berkeley miembros de la universidad que estuvieran investigando sobre el ARN interferente, un sistema molecular que las células vegetales y animales usan para suprimir la expresión de determinados genes y que los organismos también utilizan en la respuesta inmune. Era un tema sobre el que mi laboratorio tenía una larga experiencia.

Jill me dijo que su laboratorio estaba estudiando algo que yo escuché como crisper —no me definió o siquiera deletreó el término, solo mencionó que había aparecido en un conjunto de datos que su laboratorio estaba analizando— y que quería expandir su investigación utilizando herramientas genéticas y bioquímicas, dos campos que mi laboratorio podía aportar. En concreto, ella creía que podían existir paralelismos entre «crisper» y el ARN interferente. ¿Te parecería bien que nos reuniéramos a discutirlo?

Estaba intrigada por la vehemencia de Jill, aunque tenía dudas sobre su petición; después de todo, no tenía ni idea de qué estaba estudiando. Pero su interés era palpable incluso por teléfono, así que acepté tomar un café con ella a la semana siguiente.

Tras la llamada, hice una rápida búsqueda en la literatura científica, y tan solo encontré un puñado de artículos acerca del tema en el que Jill estaba tan interesada. En comparación, el ARN interferente, cuyo estudio contaba con apenas ocho años, ya había alcanzado más de cuatro mil referencias. (La atención alcanzaría su clímax cuando sus descubridores, Andrew Fire y Craig Mello, ganaran al año siguiente el Premio Nobel.) La relativa escasez de publicaciones sobre el tema de Jill hacía que fuese difícil evaluarlo, pero a la vez despertó mi curiosidad.

Miré por encima varios de los artículos relacionados, leyendo solo lo suficiente para saber que aquello —CRISPR— se refería a una región del ADN bacteriano y que el acrónimo inglés provenía de clustered regularly interspaced short palindromic repeats (repeticiones palindrómicas cortas agrupadas y espaciadas regularmente). Bloqueada por la jerga, no leí nada más, imaginando que Jill me iluminaría cuando nos encontráramos.

Mi búsqueda con Google evidenció que Jill era una científica consumada. Brillante e involucrada creativamente en múltiples y diversas áreas de la ciencia, había publicado artículos con títulos como «Biosignaturas mineneralógicas y la búsqueda de vida en Marte» o «Imagen geofísica de la biomineralización microbiana estimulada». Su investigación consistía en la recolección y estudio de muestras de procedencia remota, como biosferas de las profundidades de la tierra bajo Japón, lagos hipersalinos de Australia y drenajes ácidos de minas del norte de California. Estos exóticos proyectos contrastaban claramente con el trabajo de mi laboratorio, que, aparte de requerir frecuentes viajes al acelerador de partículas generador de rayos X del Lawrence Berkeley National Laboratory, tenía lugar principalmente en el interior de tubos de ensayo.

En parte porque estaba tan impresionada con su investigación y en parte por mis propias razones científicas, cada vez tenía más ganas de conocer a Jill. Me había mudado a Berkeley desde la Universidad de Yale cuatro años antes con mi marido, Jamie Cate, y nuestro hijo recién nacido, Andrew. Aunque parte de mi investigación en curso se había orientado en nuevas direcciones, tenía esperanzas de expandir el laboratorio y comenzar algunos proyectos adicionales mientras establecía contactos con nuevos colegas. Esto podía ser lo que estaba esperando.

Jill y yo nos encontramos a la semana siguiente en el Free Speech Movement Cafe, cercano a la entrada de una de las bibliotecas de estudiantes de grado del campus. Era un día tormentoso de primavera, y cuando llegué Jill ya estaba sentada en una mesa de piedra en el patio exterior, con un cuaderno de notas y una pila de papeles al lado. Tras charlar un poco, tomó su cuaderno y se puso manos a la obra.

Rápidamente trazó un diagrama de CRISPR. Primero dibujó un óvalo grande para representar una célula bacteriana. Luego dibujó un círculo dentro del óvalo, el cromosoma bacteriano, y añadió una serie de rombos y cuadrados alternos a lo largo del círculo que representaban una región del ADN. Aparentemente, esta región era CRISPR.

Jill sombreó los rombos y mencionó que todos eran segmentos idénticos de unas treinta letras de ADN aproximadamente. Entonces numeró los cuadrados secuencialmente comenzando en 1 mientras explicaba que cada uno era una secuencia única de ADN.

Finalmente, las palabras a las que el acrónimo se refería —CRISPR, repeticiones palindrómicas cortas agrupadas y espaciadas regularmente— comenzaron a cobrar sentido. Los rombos eran las repeticiones cortas, los cuadrados eran las secuencias espaciadoras que interrumpían regularmente las repeticiones y estas series de rombos y cuadrados estaban agrupadas en una región del cromosoma, no distribuidas aleatoriamente por todas partes. (Cuando de vuelta en mi oficina inspeccioné más de cerca las secuencias de ADN repetidas, la «P» del acrónimo también se aclaró: las secuencias eran casi iguales leídas en cualquier dirección, al igual que un palíndromo, como «zorra» y «arroz»).

FIGURA 6

CRISPR en una célula bacteriana

La idea fundamental de que las células pudieran contener secuencias repetidas de ADN no era de por sí una sorpresa; más del 50 por ciento del genoma humano —más de mil millones de letras de ADN— se compone de diferentes tipos de series repetitivas, algunas de las cuales están copiadas millones de veces. Yo ya sabía que los genomas bacterianos, aunque comparativamente menores, también podían contener secuencias repetitivas, algunas de las cuales compartían la terminología de CRISPR, como las secuencias repetitivas palindrómicas extragénicas (del inglés repetitive extragenic palindromic [REP] sequences) y los elementos mosaico bacterianos dispersos (del inglés bacterial interspersed mosaic elements [BIME]). Pero nunca había oído de ADN que se repitiera con este tipo de precisión y uniformidad, hasta el punto de que cada repetición era realmente idéntica y estaba siempre separada de su vecina por una secuencia espaciadora aleatoria de un tamaño similar.

Con ganas de saber más sobre estas extrañas regiones del ADN bacteriano, pregunté a Jill sobre su función biológica y me decepcionó oír que no lo sabía. Pero su laboratorio había desvelado una pista importante: las secuencias de ADN provenientes de poblaciones bacterianas naturales mostraban que esencialmente cada célula tenía una serie de CRISPR distinta debido a que las secuencias espaciadoras entre las repeticiones eran únicas ²⁷ . No había precedentes de esto porque todas las demás partes del ADN eran prácticamente idénticas en cada una de estas células. Jill reconoció que las CRISPR eran probablemente las regiones del genoma que evolucionaban más deprisa, lo que era consistente con una función que tuviera que cambiar o adaptarse rápidamente en respuesta a algo que las células encontraban en el medio ambiente.

Años antes, un trabajo precursor de Francisco Mojica, profesor universitario en España, había descubierto estos mismos tipos de repeticiones en numerosas especies sin ninguna relación, incluidas las arqueas, microorganismos unicelulares que, al igual que las bacterias, carecen de núcleo ²⁸ . (Bacterias, arqueas —conocidas colectivamente como «procariotas»— y eucariotas constituyen los tres dominios que agrupan a toda la vida en la Tierra.) Las CRISPR, dijo Jill, se habían encontrado en casi la mitad de todos los genomas bacterianos secuenciados hasta la fecha y prácticamente en todos los genomas de arquea. De hecho, parecían ser la familia de secuencias de ADN repetitivo más extensamente compartida por todos los procariotas.

Esta interesante información me estremeció. Si CRISPR estaba presente en tantas especies diferentes, había una gran probabilidad de que la naturaleza lo estuviera usando para algo importante.

Escuché atentamente mientras Jill sacaba de su pila de papeles tres publicaciones científicas, todas de 2005, y con gran entusiasmo resumía los resultados ²⁹ . Trabajando independientemente, tres laboratorios, incluyendo el liderado por Mojica, habían descubierto que muchos de los espaciadores en CRISPR —esos fragmentos de ADN emparedados entre las secuencias repetitivas— eran réplicas perfectas del ADN de virus bacterianos conocidos. Y lo que era aún más interesante: parecía haber una correlación inversa entre el número de secuencias de ADN similares al ADN viral en las CRISPR de una bacteria y el número de virus que podían infectar la bacteria que contenía CRISPR; cuantas más coincidencias, menor peligro de infección. La propia investigación de Jill, en la que genomas de ADN de comunidades microbianas completas se habían reconstruido mediante la secuenciación y ensamblaje de pequeños segmentos solapantes de ADN, también mostraba que muchas de las secuencias intercaladas en las series de CRISPR eran similares a secuencias de ADN viral en el medio ambiente ³⁰ .

En conjunto, estos hallazgos proveían de una pista fundamental acerca del papel de CRISPR en bacterias y arqueas. Estos grupos de investigadores habían desvelado información que sugería que CRISPR era parte de un sistema inmune de arqueas y bacterias, una adaptación que permitió a los microbios combatir a los virus.

Finalmente, como la guinda del pastel, Jill me mostró el artículo más reciente sobre CRISPR. Publicado por un equipo del NIH liderado por Kira Makarova y Eugene Koonin, se titulaba «Un posible sistema inmune en procariotas basado en ARN interferente», un título que me enganchó de inmediato ³¹ . Aunque este artículo, al igual que los tres anteriores, carecía de datos experimentales concluyentes, sus autores habían realizado el impresionante trabajo de sintetizar la información disponible sobre CRISPR. Combinando los resultados de trabajos anteriores con un análisis experto de la prevalencia de CRISPR en diferentes especies, habían construido una novedosa e interesante hipótesis que sugería que el ARN era un participante clave en el sistema inmune de microorganismos unicelulares como las bacterias, y que este sistema podía ser similar funcionalmente a uno de mis intereses de investigación, el ARN interferente.

Jill no podía haber elegido mejor cebo para atraerme a su investigación. Hasta entonces, no solamente había pasado toda mi carrera estudiando moléculas de ARN, sino que me había centrado cada vez más en el proceso del ARN interferente en células humanas. Ahora Makarova y Koonin estaban sugiriendo que CRISPR era el equivalente bacteriano del ARN interferente. Si eso fuera verdad, mi laboratorio estaría perfectamente colocado para abordar esta nueva y misteriosa función biológica. Las perspectivas eran aún más tentadoras porque, mientras que otros científicos habían lanzado hipótesis diferentes acerca de CRISPR, todavía nadie había realizado experimentos para probar o rebatir esas teorías. El momento no podía ser mejor para que bioquímicas como yo saltáramos al ruedo para comenzar a averiguar cómo funcionaba CRISPR.

Cuando Jill y yo nos separamos, le di las gracias y prometí mantenerme en contacto. Necesitaría asimilar toda esta información y pensar en los costes y beneficios de añadir la investigación sobre CRISPR a la carga de trabajo del laboratorio. Si me decidía, tendría que encontrar un científico que llevara el día a día de la investigación, ya que yo estaba demasiado ocupada dirigiendo el laboratorio como para abordar un nuevo proyecto por mí misma.

También tendría que estudiar un poco para ponerme al día sobre el mundo de las bacterias y los virus que las infectan. Había publicado numerosos artículos sobre el virus de la hepatitis C, estaba estudiando el virus de la gripe con un nuevo investigador posdoctoral en el laboratorio y sabía que la ruta del ARN interferente estaba íntimamente ligada a las defensas antivirales en plantas y animales. Pero nunca había estudiado virus bacterianos o siquiera pensado mucho sobre ellos. Si quería unirme a Jill en su búsqueda, eso tenía que cambiar.

Frederick Twort, un bacteriólogo británico que trabajó a principios del siglo veinte, fue el primer científico que documentó el efecto de los virus bacterianos. Irónicamente, los virus que él comenzó a estudiar infectaban animales y plantas —no bacterias— y ya habían sido descubiertos mucho antes de su época. Pero, mientras Twort estaba intentando cultivar estos virus a partir de materiales como estiércol y heno, se encontró con un cultivo peculiar de una bacteria del género Micrococcus . La muestra parecía estar enferma; en lugar de crecer en colonias densas en placas de Petri ricas en nutrientes, como hacían casi todas las bacterias, estos cultivos parecían acuosos y transparentes. Si añadía un poco de los micrococos acuosos a un cultivo sano de micrococos, el cultivo sano adoptaba la misma apariencia vidriosa, como si se hubiera infectado con algo. Twort escribió un artículo en el que sugería que el agente infeccioso podría ser un virus, pero la idea de un virus que infectase bacterias era inaudita por entonces y había otras explicaciones posibles para la transformación. No podía decir con seguridad qué había hecho enfermar al cultivo.

En 1917, dos años después de que se publicara el trabajo de Twort, los virus bacterianos fueron redescubiertos por un médico nacido en Canadá llamado Félix d’Herelle. Mientras se encontraba destacado en Francia durante la Primera Guerra Mundial, a D’Herelle le asignaron el estudio de un brote de disentería que estaba causando estragos en un escuadrón de caballería. Determinado a descubrir por qué algunos pacientes se recuperaban y otros no, D’Herelle tomó muestras fecales de algunos de los enfermos y las sometió a un análisis riguroso, aunque algo rudimentario. Primero pasó las heces sanguinolentas por un filtro de tamiz muy fino para separar todos los sólidos de la muestra, incluyendo cualquier bacteria. A continuación extendió el líquido filtrado sobre cultivos de Shigella, la bacteria causante de la disentería. Al día siguiente, D’Herelle quedó sorprendido al comprobar que el cultivo infeccioso bacteriano de una de las muestras líquidas se había «disuelto como el azúcar en el agua», desapareciendo en una noche ³² . Lo que era aún más extraordinario: cuando se apresuró al hospital para saber el destino del paciente que había donado esta muestra de heces, encontró que su estado había mejorado mucho. Juntando todas las piezas, D’Herelle concluyó que un parásito —lo que llamó bacteriófago, o «que come bacterias», una forma de vida lo suficientemente pequeña para atravesar el filtro— había destruido las bacterias de Shigella . Este bacteriófago parecía infectar bacterias de un modo muy similar a como los virus infectaban plantas y animales.

En los años que siguieron al experimento de D’Herelle se descubrieron más bacteriófagos (o fagos, para abreviar), y se comprobó que cada uno afectaba a una especie concreta de bacteria. Según aumentaban las variedades de fagos conocidos, la expectación creció en torno a lo que comenzó a conocerse como «fagoterapia»: la idea de que los bacteriófagos podrían usarse para tratar infecciones bacterianas. Aunque algunos científicos se sentían incómodos con la idea de inyectar virus vivos en pacientes humanos, el hecho era que los bacteriófagos parecían ignorar por completo a las células humanas y los pacientes no mostraban efectos adversos cuando la terapia se probó en ensayos clínicos. En 1923 D’Herelle ayudó a que científicos soviéticos instalaran un instituto en Tiflis, en la actual Georgia, dedicado a la investigación sobre fagos; en su apogeo, el instituto tenía más de mil empleados y producía toneladas de fagos cada año para uso clínico ³³ . La fagoterapia ha continuado hasta tiempos recientes en determinados lugares del mundo —en Georgia cerca del 20 por ciento de las infecciones bacterianas se tratan hoy día con fagos—, pero después de que se descubrieran y desarrollaran los antibióticos entre 1930 y 1940 este tratamiento perdió impulso, especialmente en Occidente ³⁴ .

Puede que los bacteriófagos hayan tenido un uso limitado como terapia, pero fueron una bendición para la investigación genética. Para cuando los investigadores vislumbraron por primera vez los fagos en los años cuarenta y cincuenta usando los nuevos microscopios electrónicos de gran aumento, estos virus bacterianos, junto a las bacterias que atacaban, ya habían servido para respaldar la teoría darwiniana de la selección natural. Habían ayudado a probar que el ADN, no las proteínas, era la molécula de la herencia celular. El hecho de que el código genético está constituido por tripletes, con tres letras de ADN especificando cada aminoácido de una proteína, se demostró con fagos, y los experimentos con fagos también ayudaron a revelar cómo se encienden y se apagan los genes dentro de una célula. Incluso el descubrimiento de Joshua Lederberg de que los virus podían transportar genes extraños a las células que infectan —la inspiración para la terapia génica— resultó de la acción de un bacteriófago específico de Salmonella . En muchos aspectos, los cimientos de la genética molecular se establecieron mediante experimentos realizados con virus bacterianos.

La investigación con fagos también impulsó la revolución en biología molecular de los años setenta. Mientras investigaban los sistemas inmunes que las bacterias usaban para rechazar las infecciones por fagos, los científicos identificaron una clase de enzimas llamadas «endonucleasas de restricción» que podían ser utilizadas en sencillos experimentos realizados en tubos de ensayo para cortar en trozos el ADN sintético. Combinando estas enzimas con otras enzimas aisladas de células infectadas por fagos, los científicos fueron capaces de diseñar y clonar moléculas artificiales de ADN en el laboratorio. Al mismo tiempo, los genomas de fagos proveían una diana excelente para las nuevas tecnologías de secuenciación de ADN. En 1977, Fred Sanger y sus colegas consiguieron determinar la secuencia completa de un fago llamado φX174. Veinticinco años después, el mismo fago volvería a hacerse famoso: su genoma fue el primero en sintetizarse desde cero ³⁵ .

Sin embargo, los bacteriófagos no son solo mascotas comunes de laboratorio; también son, de lejos, la entidad biológica más prevalente del planeta. Son tan ubicuos en el mundo natural como la luz y la tierra, y pueden encontrarse en el suelo, el agua, nuestro intestino, las aguas termales, en muestras de perforaciones de hielo y en cualquier otro sitio que albergue vida.

Los científicos estiman que hay alrededor del orden de 10³¹ bacteriófagos en la Tierra; diez quintillones, o un uno seguido de treinta y un ceros. Una sola cucharadita de agua de mar contiene cinco veces más fagos que el número de habitantes de Nueva York. Increíblemente hay muchos, pero que muchos más fagos en la Tierra que bacterias que puedan infectar; con lo abundantes que son las bacterias, los virus las superan diez a uno. Cada segundo causan aproximadamente un billón de billones de infecciones en la Tierra, y solamente en el océano un 40 por ciento de todas las bacterias mueren a diario como resultado de infecciones letales por fagos ³⁶ .

Estos virus están diseñados para ser letales, tras haber evolucionado durante miles de millones de años para infectar bacterias con una eficacia feroz. Todos los fagos están construidos con una resistente proteína exterior llamada «cápside», dentro de la

FIGURA 7

Ejemplos de distintos bacteriófagos

cual está empaquetado el material genético. La cápside de los fagos se presenta en docenas de formas diferentes, todas las cuales se han optimizado para proteger el genoma viral y transportar eficientemente el material genético a las células bacterianas, donde puede multiplicarse y propagarse. Algunos fagos presentan elegantes geometrías icosaédricas (con veinte lados); otros tienen cápsides esféricas unidas a largas colas. Los fagos filamentosos son cilíndricos. Tal vez el virus más aterrador es el que parece una nave extraterrestre, con patas para unirse a la superficie externa de la célula, una cabeza donde se almacena el ADN y bombas que inyectan ese ADN en la célula después de que el fago haya aterrizado.

El modus operandi de cada virus, al igual que su aspecto, es diverso pero invariable y despiadadamente efectivo. Algunos genomas virales están empaquetados tan apretadamente en la cápside que el material genómico estalla en la célula tan pronto como la corteza de proteína se abre, liberando la presión interna como una botella de champán descorchada. Una vez que el genoma consigue penetrar en la célula, puede secuestrar al hospedador usando una de dos posibles rutas. En la ruta parasítica, o lisogénica, el genoma viral se introduce en el del hospedador, donde puede estar enterrado durante muchas generaciones, esperando el momento adecuado para golpear. En contraste, en la ruta infecciosa, o lítica, el genoma requisa los recursos del hospedador inmediatamente, haciendo que la bacteria produzca proteínas virales en lugar de proteínas bacterianas, y replica el genoma viral una y otra vez hasta que la célula estalla violentamente debido al incremento de la presión, dispersando nuevos fagos que infectan a las células vecinas. Usando este ciclo de invasión celular, secuestro, replicación y propagación, un único fago puede acabar con una población bacteriana completa en cuestión de horas.

FIGURA 8

Ciclo de vida de un bacteriófago

Pero las bacterias no están indefensas en esta guerra perpetua. Al igual que las plantas y los animales, tras miles de millones de años de evolución han desarrollado impresionantes estrategias de defensa. En la época en que hablé con Jill, se habían identificado cuatro sistemas de defensa bacterianos principales ³⁷ . En el más destacado, las bacterias decoran sus propios genomas con marcas distintivas que cambian sutilmente la apariencia química del ADN sin afectar a la forma en que se expresa la información genética; además, las bacterias desencadenan unas enzimas llamadas «endonucleasas de restricción» que trocean cualquier ADN que carezca de estas marcas, purgando muy eficientemente cualquier gen de fago que haya conseguido traspasar la pared celular. Las bacterias también pueden bloquear la entrada en la célula del ADN del fago, ya sea taponando los agujeros hechos por los fagos de modo que no puedan inyectar su ADN o enmascarando las moléculas proteicas de la superficie exterior de la célula a las cuales se une el fago. Las células bacterianas han desarrollado incluso métodos para detectar una infección que se aproxima y suicidarse antes de que esta pueda progresar: una generosa manera de proteger a la comunidad bacteriana.

¿Podría CRISPR ser un mecanismo adicional de defensa antiviral? Cuanto más leía sobre la carrera de armamentos que se libra entre bacterias y bacteriófagos, más interesada estaba en la posibilidad de que hubiera otro sistema de armas por ahí a la espera de ser descubierto.

A medida que leía sobre CRISPR comencé a hacerme una idea de hacia dónde dirigiría el esfuerzo de mi laboratorio si aceptaba el reto de Jill. Los análisis computacionales de Ruud Jansen y sus colegas en los Países Bajos —el mismo equipo que inicialmente acuñó el acrónimo CRISPR en 2002— habían identificado un grupo de genes que casi siempre flanqueaban las regiones CRISPR de los cromosomas bacterianos ³⁸ . Estos no eran las secuencias repetidas, ni las secuencias espaciadoras del ADN de CRISPR, sino un grupo de genes completamente separado.

Por lo poco que sabíamos de ellos, los genes asociados a CRISPR, o genes cas (del inglés CRISPR associated sequences), parecían potencialmente muy interesantes. La comparación con otros genes conocidos sugirió que los genes cas codificaban enzimas especializadas cuyas funciones podrían incluir la separación de las dos cadenas del ADN de la doble hélice o el corte de moléculas de ARN o ADN, de modo similar a como las endonucleasas de restricción cortan el ADN.

Dado lo útil que había sido el descubrimiento de las endonucleasas de restricción para la tecnología del ADN recombinante en los años setenta, parecía muy probable que, escarbando más profundamente en este y otros aspectos de CRISPR, podríamos descubrir un tesoro de nuevas encimas, y estas proteínas podrían tener también un mayor potencial biotecnológico.

Ya estaba. Me había enganchado.

A los científicos nos mueve la aventura, la curiosidad, el instinto, la resolución, pero, además de estas nobles características, también necesitamos tener un poco de sentido práctico. Hay otras banalidades que considerar, como la búsqueda de financiación y montones de burocracia. Los que dirigimos nuestros propios laboratorios necesitamos delegar en otros científicos muchas de las tareas para las que nos entrenaron a nosotros mismos. Muchas veces eso significa elegir a la persona adecuada para dirigir el asalto cuando entramos en un nuevo campo de investigación.

Yo ya tenía la enorme suerte de contar con un considerable apoyo económico para mi laboratorio en Berkeley, pero cuando Jill me introdujo por primera vez en el campo de CRISPR, no había nadie en mi grupo cualificado para abordar este nuevo, impredecible y potencialmente arriesgado proyecto. Entonces, por pura suerte, Blake Wiedenheft vino a una entrevista para cubrir un puesto de investigador posdoctoral en mi laboratorio. Cuando le pregunté al joven solicitante en qué quería trabajar, quedé encantada al oírle responder con una pregunta a su vez: ¿Ha oído hablar de CRISPR alguna vez? Le contraté de inmediato. Solo unos meses más tarde, Blake estaba cómodamente instalado en Berkeley, trabajando como loco para que nuestro proyecto de CRISPR despegara.

Cálido y encantador, natural de Montana, con una vena competitiva fruto de su amor por los deportes al aire libre, Blake vino a Berkeley desde Bozeman, donde había acabado tanto sus estudios de grado como los de tesis en la Universidad del Estado de Montana. Al contrario que la mayoría de los científicos que había contratado antes que a él, gente con experiencia en bioquímica o biología estructural, Blake era un microbiólogo de toda la vida. Al igual que Jill, había pasado parte de su carrera en el laboratorio y parte en el campo recogiendo muestras. Su investigación de doctorado le había llevado tanto al Parque Nacional de Yellowstone como a Kamchatka, Rusia, donde descubrió los nuevos virus que acechan en las aguas termales ácidas, intactos e infecciosos a pesar de que las temperaturas llegan hasta los 75 grados centígrados. Se sabía que estos virus infectaban arqueas: microorganismos unicelulares similares a las bacterias y en cuyos genomas CRISPR era prácticamente ubicuo. Tras secuenciar los genomas de dos de los virus que había aislado, Blake descubrió que compartían importantes cantidades de ADN; esto quería decir que, aunque una enorme distancia geográfica separa Yellowstone y Kamchatka, tenían que compartir un antecesor común. Los genomas también proporcionaban pistas sobre cómo infectaban estos virus a sus hospedadores; analizando genes virales específicos, Blake seleccionó una enzima que sospechaba permitía a los virus insertar su genoma en el ADN de sus confiados hospedadores.

Era exactamente este tipo de trabajo detectivesco el que teníamos que aplicar a CRISPR, solo que al revés. En lugar de centrarnos en genes virales que promovieran la infección, teníamos que perseguir a los genes de la bacteria que bloqueaban la infección —los asociados a CRISPR—. O al menos los genes bacterianos que nosotros creíamos que bloqueaban la infección. Todavía no estábamos seguros de que eso fuera lo que los genes cas, o el mismo CRISPR, hicieran realmente.

La mayor parte de nuestra primera puesta en común giró en torno a esta atractiva hipótesis: que los genes CRISPR y cas eran parte del mismo sistema inmune antiviral y que este sistema utilizaba ARN para detectar a los virus. Pero una hipótesis es solo el primer paso de cualquier proceso científico riguroso. Aún necesitábamos demostrar o acumular evidencia que respaldara o refutara nuestra teoría.

En reuniones con Jill y un puñado de científicos interesados del Lawrence Berkeley National Laboratory, a unos pasos de mi oficina, Blake y yo deliberamos acerca de cómo plantear los experimentos. La cuestión crítica era qué organismo modelo deberíamos utilizar. Una opción era Sulfolobus solfataricus, un microorganismo del grupo de las arqueas aislado por primera vez en las aguas termales del volcán de la Solfatara, próximo a Nápoles, Italia. Se sabía que esta arquea contenía CRISPR y se infectaba con los virus de Yellowstone y de Kamchatka de Blake, lo que era útil, ya que Blake los conocía muy bien. Otra opción era Escherichia coli, conocida comúnmente como E. coli . De lejos la bacteria mejor estudiada en microbiología, E. coli es susceptible de ser infectada por docenas de virus igualmente bien estudiados, muchos de los cuales se pueden comprar por Internet. (E. coli también gozaba del privilegio de ser la primera bacteria en la que se había identificado una secuencia CRISPR) ³⁹ . Además de estas, Blake también propuso Pseudomonas aeruginosa, una bacteria causante de enfermedades de la que se sabía que era resistente a muchos antibióticos y que poseía CRISPR. Sabíamos que podríamos manipular P. aeruginosa usando herramientas genéticas, y también que podría infectarse con numerosos fagos. (Blake pasaría algún tiempo persiguiendo nuevos fagos para Pseudomonas, no en lugares exóticos como Yellowstone, sino en las plantas locales de tratamiento de aguas residuales del área de la bahía de San Francisco.)

Blake me dejó bien claro que quería aprender bioquímica y biología estructural durante su estancia en mi laboratorio, y estaba deseando aventurarse en una nueva dirección científica. Comenzó el trabajo sobre CRISPR purificando las proteínas Cas codificadas por el genoma de P. aeruginosa, probando su capacidad de reconocer y destruir el ADN viral, empezando con la proteína Cas más común, Cas1. Por entonces, en 2007, más o menos cuando Blake comenzó a trabajar en mi laboratorio, nos enteramos por Jill de un interesante trabajo que estaba a punto de publicar un científico de Danisco, una empresa de biotecnología danesa y uno de los líderes mundiales en producción de ingredientes alimentarios añadidos. Usando la genética, su estudio mostraba que CRISPR era efectivamente un sistema inmune, aunque los detalles de sus capacidades todavía eran desconocidos ⁴⁰ .

El objeto de estudio en Danisco era una bacteria fermentadora de la leche llamada Streptococcus thermophilus, uno de los probióticos clave para la producción de yogur, mozzarella y muchos otros productos lácteos. Los humanos ingerimos más de mil millones de billones de células de S. thermophilus vivas al año, y el valor de mercado de los cultivos de esta bacteria alcanza más de cuarenta mil millones de dólares anuales ⁴¹ . Tal vez no les sorprenda que esta enorme inversión de la industria láctea se encuentre bajo la constante amenaza de infección por fagos, que es la causa más común de pérdidas de producción y fermentación incompleta. Una sola gota de leche cruda contiene entre diez y mil partículas víricas, lo que hace imposible la erradicación vírica. Empresas como Danisco habían intentado combatir los fagos mejorando el saneamiento, renovando el diseño de las fábricas y mediante otras tácticas, pero nada había resuelto el problema ⁴² .

Trabajando junto a Philippe Horvath y su equipo de Danisco Francia, un grupo de investigadores liderados por Rodolphe Barrangou de Danisco EE. UU. habían estado estudiando S. thermophilus para ver si podían encontrar una solución diferente. Rodolphe y Philippe se preguntaron qué hacía que algunas cepas de S. thermophilus fueran más resistentes a la infección que otras. La industria láctea ya había comenzado a usar algunas cepas bacterianas mutantes que eran más resistentes a los bacteriófagos, pero Rodolphe y Philippe sospechaban que las regiones de CRISPR del genoma de S. thermophilus podrían aportar una forma de inmunidad más poderosa incluso que estas mutaciones aleatorias.

Rodolphe y Philippe sabían que las secuencias CRISPR de S. thermophilus tenían características interesantes que podrían explotar para su investigación. Un científico llamado Alexander Bolotin había desvelado algunas de estas características al secuenciar el genoma de la bacteria, centrándose a continuación en el ADN de CRISPR y finalmente extendiendo su análisis a más de veinte cepas diferentes. Durante este proceso, había observado que, aunque las secuencias CRISPR repetidas (los rombos sombreados del esquema de Jill) eran siempre las mismas, las secuencias espaciadoras (los cuadrados numerados de Jill) eran altamente variables de una cepa a otra. Además, muchos de estos espaciadores coincidían a la perfección con partes del genoma de fagos que ya se habían secuenciado. (Los descubrimientos de Bolotin estaban resumidos en uno de los tres trabajos de 2005 que Jill me había mostrado en el Free Speech Movement Café.) Lo sorprendente de la publicación de Bolotin: las cepas de S. thermophilus que contenían más de estos espaciadores parecían ser más resistentes a la infección. Aunque no estaba claro qué significaba, parecía que las bacterias habían modificado de algún modo su ADN en CRISPR para reflejar algunos genomas del fago, mejorando así su propio sistema inmune —asumiendo que CRISPR fuera eso— para luchar más eficazmente contra estos virus.

Basándose en el trabajo de Bolotin, Rodolphe y Philippe diseñaron experimentos para probar esta hipótesis. ¿Podía una cepa de S. thermophilus hacerse más resistente a un bacteriófago en particular introduciendo en su propio CRISPR un nuevo ADN que coincidiera con las secuencias de ADN del fago?

En sus experimentos, los investigadores de Danisco se concentraron en una cepa de S. thermophilus muy utilizada por la industria láctea y en dos fagos virulentos aislados de muestras industriales de yogur. Empezando el trabajo con uno de los experimentos genéticos más sencillos, del tipo de los que se habían estado haciendo desde principios del siglo veinte, combinaron cepas bacterianas con los dos fagos en tubos separados, los incubaron veinticuatro horas y después comprobaron si había quedado alguna bacteria con vida sembrando los cultivos en placas de Petri y dejándolos crecer una noche. Constataron que, aunque los fagos habían aniquilado a más del 99,9 por ciento de las bacterias, nueve cepas mutantes nuevas de S. thermophilus parecían insensibles a los fagos.

Hasta aquí, nada del experimento de Danisco había sido especialmente novedoso, ya que otros científicos habían usado métodos similares para aislar cepas de S. thermophilus resistentes a los fagos. Pero Rodolphe y Philippe llevaron su investigación más allá. Intentaron precisar la causa genética de esta aparente inmunidad.

Rodolphe y Philippe tenían un presentimiento sobre qué parte del genoma bacteriano había convertido a estas cepas mutantes de S. thermophilus en inmunes a los virus. Sospechaban que era CRISPR, e hipotetizaron que las regiones CRISPR de estas nueve cepas mutantes serían distintas a las de la cepa original. En efecto, tras aislar el ADN genómico de cada cepa mutante, los investigadores descubrieron que todas y cada una de las regiones CRISPR se habían expandido para incluir un nuevo trozo de ADN insertado entre las repeticiones. Además, estos nuevos espaciadores coincidían perfectamente con el ADN del fago al que la cepa ahora era inmune. Lo que hacía de este aparente modo de inmunidad algo especial era que, al estar estos cambios físicamente incorporados en el ADN del CRISPR bacteriano, la nueva inmunidad era heredable y se transmitiría cada vez que las células bacterianas se reprodujeran.

FIGURA 9

CRISPR: una tarjeta de vacunación molecular

Los investigadores de Danisco habían revelado otra manera en que las bacterias luchaban contra los virus: un quinto sistema de armamento. Además de las defensas descubiertas previamente, ahora sabíamos que las bacterias tenían en CRISPR una forma extraordinariamente efectiva de inmunidad adaptativa, una que permitía al genoma bacteriano robar durante la infección trozos de ADN al fago y usarlo para organizar una futura respuesta inmune. Como decía Blake, CRISPR funcionaba como una tarjeta de vacunación: almacenando recuerdos de infecciones previas de fagos en forma de secuencias de ADN enterradas en las series repetición-espaciador, las bacterias podían usar esta información para reconocer y destruir esos mismos fagos invasores en futuras infecciones.

La publicación del estudio de Danisco comenzó a atraer atención a la oscura biología de CRISPR y también fue el catalizador del congreso sobre CRISPR celebrado en la Universidad de California, Berkeley, organizado por Jill Banfield y Rodolphe Barrangou en 2008. Sin embargo, como pasa siempre en la ciencia, los científicos habían derribado una puerta para encontrarse con otra. Dado que la respuesta del sistema inmune de CRISPR requería que las secuencias de ADN en el genoma bacteriano y las del fago coincidieran perfectamente, estaba claro que este sistema inmune estaba marcando el material genético del fago para su destrucción, pero ¿cómo?, ¿qué parte de la célula estaba haciendo el marcaje?

No pasó mucho tiempo antes de que comenzara a tomar forma una respuesta a esta nueva pregunta. Stan Brouns, un científico posdoctoral que trabajaba en el laboratorio de John van der Oost en la Universidad de Wageningen, en los Países Bajos, pronto aportó pruebas inequívocas de que las moléculas de ARN estaban involucradas en la defensa antiviral de CRISPR ⁴³ . Stan se había basado en investigaciones previas en células de varias especies de arqueas donde habían detectado moléculas de ARN que coincidían exactamente con la secuencia de ADN de CRISPR, incluyendo las cepas volcánicas de Sulfolobus que Blake había estudiado ⁴⁴ . Esto los llevó a especular sobre la posibilidad de que el ARN pudiera coordinar las fases de reconocimiento y destrucción en la respuesta antiviral de las bacterias. Ahora Stan, experimentando en E. coli , confirmó estas observaciones mostrando que el ARN interpretaba el mismo rol en el sistema de defensa CRISPR de un tipo de microorganismo completamente diferente: una buena evidencia de que el ARN se requería universalmente en los sistemas inmunes relacionados con CRISPR.

Stan también mostró cómo se producían las moléculas de ARN de CRISPR en la célula. Primero, la bacteria convertía la serie entera de CRISPR en largas cadenas de ARN que coincidían perfectamente con la secuencia de ADN de CRISPR, letra por letra. (Recuerden que el ARN es un primo molecular del ADN, hecho casi de las mismas letras, solo que la letra T del ADN se reemplaza por la letra U en el ARN.) Una vez que la célula había creado estas largas cadenas de ARN derivadas de CRISPR, una enzima las recortaba con precisión quirúrgica en cadenas más cortas de longitud uniforme y cuya única diferencia era la secuencia de los espaciadores. Este proceso convertía la larga serie repetitiva del ADN en una librería de moléculas de ARN más cortas, cada una de las cuales contenía una secuencia única derivada de un fago en particular.

Estos hallazgos sugerían que el ARN de CRISPR desempeñaba un papel esencial en el sistema inmune bacteriano; un papel que las funciones básicas del ARN hacían posible. Dado que el ARN es químicamente similar al ADN, puede crear sus propias dobles hélices usando la interacción de apareamiento de bases, el mismo proceso que forma la famosa doble hélice de ADN. Cadenas complementarias de ARN pueden aparearse entre sí, formando una doble hélice de ARN-ARN, pero una cadena única de ARN también puede aparearse con una cadena complementaria de ADN, formando una doble hélice de ARN-ADN. Esta versatilidad y la variedad de secuencias diferentes detectadas en el ARN de CRISPR dieron a los científicos una idea interesante. Era posible que estas moléculas de ARN originadas en CRISPR pudieran identificar tanto las moléculas de ADN como las de ARN de fagos invasores y atacarlas durante una infección apareándose con aquellas que coincidieran, iniciando así alguna forma de reacción inmune en la célula.

Si el ARN ayudaba a identificar el material genético viral de este modo, entonces CRISPR podría en efecto ser similar a la ruta de ARN interferente que mi laboratorio estaba estudiando: ¡justamente lo que había postulado el artículo que me convenció inicialmente para empezar a investigar CRISPR! Durante la acción del ARN interferente, las células animales y vegetales forman dobles hélices de ARN-ARN para destruir a los virus invasores. De un modo similar, las moléculas de ARN de CRISPR podrían atacar el ARN del fago durante una respuesta inmune usando dobles hélices de ARN-ARN. Quedé fascinada por la posibilidad añadida de que, a diferencia del ARN de interferencia, los ARN de CRISPR también pudieran reconocer ADN homólogos complementarios, una capacidad que permitiría a este sistema de armamento atacar el genoma viral por dos frentes.

Poco después del descubrimiento de Stan, dos investigadores de la Northwestern University, Luciano Marraffini y su mentor Erik Sontheimer, un colega al que conocía de sus días como estudiante en Yale, descubrieron que, de hecho, el ARN de CRISPR podía dirigir la destrucción de ADN. Empleando otro microorganismo más, llamado Staphylococcus epidermidis, una bacteria de la piel humana relativamente benigna (pero pariente cercano de Staphylococcus aureus, una cepa peligrosa resistente a los fármacos), Luciano realizó una serie de elegantes experimentos para probar que los ARN de CRISPR detectaban el ADN de parásitos genéticos invasores ⁴⁵ . También mostró que esta detección posiblemente dependía de interacciones mediadas por el apareamiento de bases, el único proceso que podía explicar la especificidad con la que CRISPR cazaba a su presa.

El ritmo y el rigor de estos experimentos dejaban sin aliento. En solo unos pocos años desde que me introdujeron en el mundo de CRISPR, el campo había pasado de ser una colección de estudios aislados interesantes pero poco concluyentes a convertirse en una teoría general unificada acerca de los mecanismos internos de un sistema inmune microbiano adaptativo. Esta teoría estaba basada en un corpus creciente de investigación experimental, pero aunque se habían publicado muchos estudios clave a finales de los 2000, estaba claro que teníamos mucho trabajo por delante antes de que pudiéramos comprender verdaderamente este intrincado sistema defensivo bacteriano.

Comenzábamos a darnos cuenta de que CRISPR era mucho más complejo de lo que nadie hubiera imaginado posible en unos sencillos organismos unicelulares. En algunos aspectos, el descubrimiento de esta parte del sistema inmunitario bacteriano ponía a las bacterias a un nivel similar a los humanos, mostrando que ambos tenemos respuestas celulares increíblemente complejas frente a la infección. Sin embargo, ninguno sabíamos qué implicaciones podría tener para nuestra especie este sistema de defensa bacteriano.

27 . G. W. Tyson y J. F. Banfield, «Rapidly Evolving CRISPRs Implicated in Acquired Resistance of Microorganisms to Viruses», Environmental Microbiology 10 (2008): 200-207. 28 . F. J. Mojica et al., «Biological Significance of a Family of Regularly Spaced Repeats in the Genomes of Archaea, Bacteria and Mitochondria», Molecular Microbiology 36 (2000): 244-246. 29 . F. J. Mojica et al., «Intervening Sequences of Regularly Spaced Prokaryotic Repeats Derive from Foreign Genetic Elements», Journal of Molecular Evolution 60 (2005): 174-182; C. Pourcel, G. Salvignol y G. Vergnaud, «CRISPR Elements in Yersinia pestis Acquire New Repeats by Preferential Uptake of Bacteriophage DNA, and Provide Additional Tools for Evolutionary Studies», Microbiology 151 (2005): 653-663; A. Bolotin et al., «Clustered Regularly Interspaced Short Palindrome Repeats (CRISPRs) Have Spacers of Extrachromosomal Origin», Microbiology 151 (2005): 2551-2561. 30 . A. F. Andersson y J. F. Banfield, «Virus Population Dynamics and Acquired Virus Resistance in Natural Microbial Communities», Science 320 (2008): 1047-1050. 31 . K. S. Makarova et al., «A Putative RNA-Interference-Based Immune System in Prokaryotes: Computational Analysis of the Predicted Enzymatic Machinery, Functional Analogies with Eukaryotic RNAi, and Hypothetical Mechanisms of Action», Biology Direct 1 (2006): 7. 32 . D. H. Duckworth, «Who Discovered Bacteriophage?», Bacteriological Reviews 40 (1976): 793-802. 33 . C. Zimmer, A Planet of Viruses (Chicago: University of Chicago Press, 2011). 34 . G. Naik, «To Fight Growing Threat from Germs, Scientists Try Old-fashioned Killer», Wall Street Journal, 22 de enero de 2016. 35 . G. P. C. Salmond y P. C. Fineran, «A Century of the Phage: Past, Present and Future», Nature Reviews Microbiology 13 (2015): 777-786. 36 . F. Rohwer et al., Life in Our Phage World (San Diego: Wholon, 2014). 37 . S. J. Labrie, J. E. Samson y S. Moineau, «Bacteriophage Resistance Mechanisms», Nature Reviews Microbiology 8 (2010): 317-327. 38 . R. Jansen et al., «Identification of Genes That Are Associated with DNA Repeats in Prokaryotes», Molecular Microbiology 43 (2002): 1565-1575. 39 . Y. Ishino et al., «Nucleotide Sequence of the Iap Gene, Responsible for Alkaline Phosphatase Isozyme Conversion in Escherichia coli, and Identification of the Gene Product», Journal of Bacteriology 169 (1987): 5429-5433. 40 . R. Barrangou et al., «CRISPR Provides Acquired Resistance Against Viruses in Prokaryotes», Science 315 (2007): 1709-1712. 41 . A. Bolotin et al., «Complete Sequence and Comparative Genome Analysis of the Dairy Bacterium Streptococcus thermophilus», Nature Biotechnology 22 (2004): 1554-1558. 42 . M. B. Marcó, S. Moineau y A. Quiberoni, «Bacteriophages and Dairy Fermentations», Bacteriophage 2 (2012): 149-158. 43 . S. J. J. Brouns et al., «Small CRISPR RNAs Guide Antiviral Defense in Prokaryotes», Science 321 (2008): 960-964. 44 . T.-H. Tang et al., «Identification of Novel Non-Coding RNAs as Potential Antisense Regulators in the Archaeon Sulfolobus solfataricus», Molecular Microbiology 55 (2005): 469-481. 45 . L. A. Marraffini y E. J. Sontheimer, «CRISPR Interference Limits Horizontal Gene Transfer in Staphylococci by Targeting DNA», Science 322 (2008): 1843-1845.

3

DESCIFRANDO EL CÓDIGO

Recuerdo la primera vez que pisé un laboratorio de investigación profesional: los sonidos, el olor y la sensación de oportunidad, los secretos de la naturaleza desvelados lentamente. Era 1982 y había regresado con mis padres a Hawái tras el primer año de universidad. Mi padre, profesor de inglés en la Universidad de Hawái, me había organizado una estancia de algunas semanas en el laboratorio de uno de sus colegas, el profesor de biología Dan Hemmes. Junto con otros dos estudiantes, investigaría cómo un hongo, Phytophthora palmivora, infectaba la papaya. Este hongo, que causaba grandes problemas a los agricultores, resultó ser entretenidísimo de estudiar. Crecía rápida y fácilmente en el laboratorio y podía ser encontrado en diferentes estados de germinación, lo que nos permitía detectar los cambios químicos que ocurrían a medida que se desarrollaba. Aquel verano aprendí a embeber muestras del hongo en resina y cortar secciones muy finas para analizarlas en el microscopio electrónico. Aunque mi estancia en el proyecto fue breve, nuestro trabajo reveló algo importante acerca del hongo: los iones de calcio desempeñan un papel crucial en su desarrollo, señalizando a las células del hongo cuándo crecer en respuesta a los nutrientes. Fue la primera ocasión en que saboreé la emoción del descubrimiento científico, una experiencia sobre la que había leído mucho. Y me dejó con ganas de más.

La pacífica y callada concentración que caracterizaba al pequeño grupo de investigación de Don Hemmes me atrajo, pero con el tiempo me di cuenta de que pertenecíamos a una comunidad científica mucho más amplia, cada uno de nosotros buscando, a nuestro modo, las realidades de la naturaleza. Con cada pequeño avance daba la impresión de que habíamos encontrado otra pieza de un enorme rompecabezas, uno en el que el trabajo de cada persona se construía sobre el trabajo de otras para ir completando la imagen.

El proyecto CRISPR es el perfecto ejemplo de este aspecto de la ciencia: unos cuantos investigadores por todo el mundo tejiendo la tela que eventualmente se convertiría en el enorme tapiz que representa el campo de CRISPR con todas sus aplicaciones e implicaciones. Y en la búsqueda de un mayor conocimiento sobre CRISPR, tanto nuestro pequeño grupo como muchos otros compartimos las mismas sensaciones de colaboración, de emoción y de curiosidad, los mismos sentimientos que me habían arrastrado por primera vez al mundo de la investigación científica.

En aquellos primeros días en los que este campo de estudio comenzaba a desarrollarse, Blake y yo estábamos espoleados por el trabajo de nuestros colegas de Danisco, Northwestern y Wageningen, y al mismo tiempo intrigados por el hecho de que muchas de las preguntas fundamentales sobre CRISPR aún seguían sin respuesta. Aunque los científicos reconocían que CRISPR proveía a las bacterias y arqueas de una inmunidad adaptativa contra los fagos y que las secuencias de ADN de los fagos que coincidían con el ARN de CRISPR estaban de algún modo destinadas a su destrucción, nadie sabía realmente cómo ocurría. Nos preguntábamos cómo las diferentes moléculas que constituían este sistema actuaban en conjunto para destruir el ADN viral y qué ocurría exactamente en la respuesta inmune durante las fases de reconocimiento y destrucción.

FIGURA 10

Detección de ADN por el ARN de CRISPR y las proteínas Cas

A medida que las preguntas comenzaban a aclararse, también lo hacían los retos. Teníamos que descubrir cómo en plena infección las bacterias sustraían trocitos de ADN del genoma del fago y los integraban con precisión entre las repeticiones de CRISPR para que el sistema defensivo pudiera atacar el material genético del virus. Necesitábamos determinar la manera en que las largas cadenas de moléculas del ARN producidas a partir de CRISPR en la célula se convertían en trozos mucho menores, cada uno de los cuales contenía una única secuencia coincidente con la del virus. Y tal vez lo más importante: teníamos que averiguar cómo un trozo de ARN podía aparearse con el ADN correspondiente del fago y causar su destrucción. Ese era el núcleo del nuevo sistema de armamento, y no entenderíamos CRISPR del todo hasta que no comprendiéramos esta parte del proceso.

Estaba claro que para responder a estas preguntas tendríamos que ir más allá de la investigación genética y adoptar un planteamiento más bioquímico, uno que nos permitiera aislar las proteínas implicadas y estudiar su comportamiento. También tendríamos que ampliar la búsqueda más allá de CRISPR para incluir a los genes asociados a CRISPR, o genes cas, que flanqueaban a CRISPR en los genomas bacterianos y que parecían codificar un tipo de proteínas llamadas enzimas. En general, este tipo de moléculas proteicas es responsable de catalizar todo tipo de reacciones moleculares dentro de la célula. Con toda probabilidad, si descubríamos qué hacían estas enzimas estaríamos más cerca de entender cómo funcionaba CRISPR.

Los científicos pueden aprender mucho sobre la función de un gen con solo mirar su composición química. Los tramos de ADN que constituyen cada gen contienen toda la información que necesita una célula para ensamblar una proteína a partir de aminoácidos. Como conocemos el código genético que las células usan para traducir las cuatro letras del ADN en las veinte letras de la proteína, los biólogos pueden determinar la secuencia de aminoácidos de la proteína que va a producir un gen solo con mirar la secuencia de ADN que la origina. Después, comparando esas secuencias de aminoácidos con la de otras proteínas relacionadas pero mejor conocidas, los científicos pueden predecir las funciones de diferentes genes.

Usando estas sofisticadas conjeturas, los biólogos computacionales habían adivinado la composición química de cientos de genes cas distintos que invariablemente coexistían con las regiones CRISPR. No importaba en qué organismo estuvieran interesados: si su genoma contenía ADN de CRISPR, seguro que había genes cas cerca. Era como si CRISPR hubiera coevolucionado con los genes cas; no parecía posible que existiera uno sin el otro.

Razonamos que las proteínas codificadas por estos genes cas debían funcionar íntimamente con el ADN de CRISPR, o quizá con las moléculas de ARN de CRISPR, o tal vez con el ADN del fago. Una cosa estaba clara: tendríamos que averiguar cómo actuaban estos genes y discernir las funciones bioquímicas de las proteínas que generaban antes de que pudiéramos entender por completo el sistema inmune de CRISPR.

Para empezar, Blake eligió dos especies de bacteria: Escherichia coli y Pseudomonas aeruginosa, que contenían distintos tipos de sistemas CRISPR. La bacteria E. coli, en particular, es la mejor amiga del bioquímico. Independientemente de que ella o él estén estudiando el gen de un microbio, una planta, una rana o un ser humano, en general los bioquímicos empezarán clonando ese gen en un minicromosoma artificial llamado «plásmido» para generar a continuación una cepa especializada de E. coli que acepte ese plásmido como parte de su propio genoma. Uniendo el gen de interés a otras instrucciones de ADN sintético, los bioquímicos pueden engañar a E. coli no solo para que produzca docenas de copias de ese plásmido en cada célula, sino también para que consagre la mayor parte de sus recursos a producir a partir del gen de interés miles de copias de la proteína que codifica. De este modo, el bioquímico reduce a E. coli a poco menos que un biorreactor industrial microscópico programado para producir proteínas concretas a escala masiva.

En poco tiempo Blake construyó plásmidos con cada uno de los genes asociados a CRISPR que había tomado tanto del genoma de E. coli como de P. aeruginosa. Tras acumular docenas de cepas de E. coli que había modificado para que incorporaran esos plásmidos como parte de su propio material genético, Blake comenzó a producir litros de cultivos de cada cepa modificada para contar con las suficientes proteínas Cas necesarias para sus experimentos. Tras dejar a las bacterias crecer durante toda la noche, Blake vertía el contenido de los matraces en grandes botellas para separar las células del medio de cultivo usando grandes centrifugadoras de alta velocidad de rotación donde quedaban sometidos a una fuerza cuatro mil veces mayor que la de la gravedad terrestre. Luego, trabajando por separado con cada cepa, resuspendía las células con una pequeña cantidad de solución salina y sometía este concentrado de bacterias a ondas ultrasónicas que reventaban violentamente las células liberando su contenido, incluyendo las proteínas Cas que habían producido.

Tras descartar los residuos —membranas rotas, ADN viscoso y mugre celular—, a Blake le quedaban unos cuantos miles de proteínas de la célula, de los que solo le interesaba una: la proteína Cas. Pero, gracias al ingenioso diseño del plásmido, la proteína Cas contenía una etiqueta química, o apéndice, que la distinguía de los otros miles de proteínas. Usando una estrategia de purificación para separar este apéndice molecular, seguida de una serie de pasos adicionales, Blake obtenía muestras puras y muy concentradas de cada una de las proteínas Cas que quería estudiar.

Finalmente, con las proteínas Cas en la mano, Blake podía planear distintos tipos de experimentos para investigar qué hacían estas enzimas. En la que fue nuestra primera contribución al campo de CRISPR, publicamos el descubrimiento de que una enzima llamada Cas1 tenía la capacidad de cortar el ADN de un modo que sugería que podría servir para insertar nuevos trozos del ADN del fago en la secuencia de CRISPR durante la fase de formación de la memoria inmune ⁴⁶ . Esto nos acercó un paso más a entender cómo CRISPR robaba trozos de ADN a los fagos agresores y convertía esa información en propia, asentando así la base para las fases de identificación y destrucción de la respuesta inmune.

Más o menos por entonces Blake reclutó para el proyecto CRISPR a otra estudiante de posgrado, Rachel Haurwitz, y juntos hicieron otro descubrimiento. Trabajando con una segunda proteína enzimática, Cas6, Rachel y Blake descubrieron que, al igual que Cas1, funcionaba como unas tenazas químicas ⁴⁷ . En el caso de Cas6, sin embargo, su función era cortar específica y metódicamente la larga molécula del ARN de CRISPR en trozos más cortos que pudieran usarse para reconocer el ADN del fago.

A medida que varios grupos reuníamos las piezas del rompecabezas de CRISPR, lenta pero inexorablemente, una imagen comenzó a tomar forma. En esta ya se podían discernir las respuestas a algunas de las preguntas que formulamos al comienzo del proyecto. Y no parecía que nos fueran a faltar funciones de las proteínas Cas por descubrir. En el curso de la investigación, encontramos más y más proteínas Cas que eran enzimas de corte de ADN o de ARN y que por tanto parecían desempeñar papeles similares a los de Cas1 y Cas6 en la respuesta inmune de CRISPR.

Hacia 2010, el proyecto CRISPR se había expandido hasta el punto de que se incorporaron varios miembros más a mi equipo, incluyendo al coautor de este libro, Sam Sternberg, y el ambiente del laboratorio se volvió electrizante. Nuestra comprensión de CRISPR parecía aumentar de semana en semana, y las enzimas que estábamos explorando tenían muchas propiedades interesantes poco comunes que —éramos conscientes— podrían tener aplicaciones prácticas. Por ejemplo, comenzamos a jugar con la idea de utilizar las nuevas enzimas de corte de ARN como herramienta diagnóstica para detectar moléculas de ARN indicadoras de la presencia de virus humanos, incluyendo el virus del dengue y el virus de la fiebre amarilla; recibimos dinero de la Fundación Gates para poner en práctica esta idea. Enseguida nos asociamos con un laboratorio de bioingeniería de Berkeley con el fin de combinar esta tecnología con su innovador sistema para manipular diminutas cantidades de líquido y poder detectar virus en sangre o en saliva.

Luego, en 2011, Rachel y yo fundamos una empresa llamada Caribou Biosciences para comercializar las proteínas Cas. En aquel momento, pensamos hacer simples kits que los científicos, o incluso los médicos, pudieran usar para detectar la presencia de ARN vírico o bacteriano en los fluidos corporales. Tanto a Rachel como a mí, esta desviación del mundo académico nos introdujo en un nuevo y emocionante campo. Tras completar su tesis la primavera siguiente, Rachel se convirtió en la presidenta y directora ejecutiva de esta joven empresa; yo era la asesora científica: un papel que me permitía contribuir a las iniciativas de la compañía y mantener mis responsabilidades en el campus. Finalmente, Caribou se haría famosa por otra técnica mucho más potente relacionada con CRISPR.

Durante esta época, la atención de Blake y mis intereses se alejaron de las enzimas involucradas en cortar las moléculas de ADN o ARN bacteriano y se dirigieron hacia esas proteínas que tenían el exigente trabajo de acabar con el ADN viral, la función de CRISPR que constituía la fase de aniquilación en el proceso de búsqueda y destrucción. Una vez que el ARN de CRISPR había identificado y se había apareado con el ADN viral, imaginábamos que algunas enzimas especiales atacarían este material genético extraño, despedazándolo e inactivándolo. Una evidencia interesante en apoyo de esa hipótesis provenía de la investigación realizada en este campo por otros colegas, incluyendo a Sylvain Moineau de la Universidad Laval de Canadá y a Virginijus Siksnys de la Universidad de Vilna en Lituania. La investigación de Sylvain demostró que el ADN del fago reconocido por el sistema CRISPR se cortaba en la secuencia que coincidía con la del ARN de CRISPR ⁴⁸ , y Virginijus concluyó que erradicar el virus de la bacteria dependía de la presencia de ciertos genes cas específicos ⁴⁹ . Averiguar cómo el material genético de un fago finalmente se destruía durante la respuesta inmune sería entender a fondo la acción de la ruta CRISPR.

La investigación de Blake, en conjunción con la de nuestros colaboradores en el laboratorio de John van der Oost, comenzó a revelar lo complicado que era el proceso de matar un virus. En E. coli y P. aeruginosa, los dos sistemas bacterianos que estábamos estudiando, las células requerían múltiples proteínas Cas para reconocer y cortar el ADN viral. Además, el ataque coordinado al material genético del virus tenía lugar en dos fases diferentes. Primero, el ARN de la molécula de CRISPR se ensamblaba en una estructura mucho mayor que contenía unas diez u once proteínas Cas distintas, como demostró el laboratorio de Van der Oost. Esta maquinaria molecular —que el laboratorio de John había apodado ingeniosamente Cascade (‘Cascada’), otro acrónimo más en biología que proviene del inglés CRISPR-associated complex for antiviral defense (en español, ‘Complejo de defensa antiviral asociado a CRISPR’)— actuaba como las coordenadas de GPS, definiendo exactamente la secuencia de ADN viral que se tenía que destruir. En la segunda fase, después de que Cascade hubiera localizado y marcado para su destrucción la secuencia de ADN complementario, una proteína llamada Cas3 —otra nucleasa, y el arma real del ataque— se abalanzaba para cortar el ADN señalado.

Conforme realizábamos los experimentos para una serie de artículos que publicamos en 2011 y 2012, los mecanismos de este proceso se volvieron aún más evidentes. Utilizando los potentes haces de un microscopio electrónico y trabajando junto a la profesora de Berkeley Eva Nogales y su asociado posdoctoral Gabe Lander, obtuvimos las primeras imágenes de alta resolución de la maquinaria de Cascade ⁵⁰ . Las imágenes revelaban la arquitectura helicoidal de las proteínas Cas unidas a las moléculas de ARN de CRISPR y mostraban cómo esta máquina microscópica se ceñía perfectamente alrededor del ADN viral como una pitón enrollándose en torno a una gacela. Observamos maravillados cómo la forma tridimensional había evolucionado con el fin de cumplir las necesidades geométricas requeridas para ejecutar la función de reconocimiento del ADN. También constatamos la importancia de las interacciones en el apareamiento de bases que permitían que las letras del ARN de CRISPR reconocieran las letras complementarias del ADN viral y descubrimos que Cascade prefería cerrarse exclusivamente sobre secuencias de ADN viral que coincidieran perfecta o casi perfectamente con el ARN de CRISPR. Este alto nivel de discriminación permitía a Cascade evitar seleccionar accidentalmente para su destrucción al propio ADN bacteriano, un suceso autoinmune catastrófico que conllevaría rápidamente la muerte celular.

Los estudios complementarios del laboratorio de Virginijus Siksnys en Lituania mostraron cómo la enzima Cas3 destruía el ADN viral seleccionado por Cascade ⁵¹ . Al contrario que otras nucleasas más sencillas, la enzima Cas3 no cortaba el ADN una sola vez; lo masticaba haciéndolo cientos de pedazos. En cuanto Cascade reclutaba Cas3 al sitio donde coincidían el ARN CRISPR y el ADN viral, Cas3 avanzaba a lo largo del genoma del fago a una velocidad de 300 pares de bases por segundo rebanando el ADN y dejando a su paso el largo genoma del fago hecho trizas. Si comparáramos una nucleasa normal con unas tijeras de poda, Cas3 equivaldría a una desbrozadora a motor. Su velocidad y eficiencia eran pasmosas.

A medida que nuestros colegas investigadores realizaban descubrimientos fascinantes como este, y a medida que mi laboratorio continuaba aportando contribuciones bioquímicas y estructurales, el funcionamiento interno de CRISPR, que antes solo vislumbrábamos a través de una bruma, ahora se desvelaba como un conjunto de moléculas concretas realizando funciones concretas. Sin embargo, al mismo tiempo estábamos viendo que el sistema inmune de CRISPR era como una diana en movimiento; en lugar de un solo sistema inmune CRISPR, parecían existir múltiples variantes, algo que algunos científicos, incluyendo Eugene Koonin y Kira Makarova, habían predicho basándose en la comparación de los diferentes tipos de genes cas que flanquean las series de CRISPR. Esto lo estábamos descubriendo gracias al incremento masivo de genomas de bacterias y arqueas que los investigadores iban secuenciando debido al mejor acceso a herramientas de secuenciación. Los sistemas inmunes CRISPR estaban resultando ser enormemente diversos y se podían agrupar en múltiples categorías distintas, cada una con su complemento único de genes cas y proteínas Cas.

Estábamos sorprendidos de lo diverso que era CRISPR. En 2005, los investigadores habían identificado nueve tipos diferentes de sistemas inmunes CRISPR ⁵² . Para 2011, ese número se había reducido a tres, pero esos tipos principales parecían estar compuestos de diez subtipos ⁵³ . Y para 2015, la clasificación volvería a cambiar otra vez para incluir dos clases genéricas que comprendían seis tipos y diecinueve subtipos ⁵⁴ .

Estos descubrimientos ponían en perspectiva nuestra propia investigación y resaltaban las limitaciones de lo que había sido nuestro trabajo hasta entonces. Los resultados que habíamos estado ensamblando con E. coli y P. aeruginosa eran ciertos solo para dos de esos subtipos de sistemas CRISPR, que pertenecían a lo que se conocía como el sistema inmune CRISPR-Cas de Tipo I. Aunque muchas de las conclusiones de nuestra investigación eran aplicables a otros subtipos de CRISPR, cada vez era más difícil comparar nuestros resultados con los de bacterias que emplean sistemas de Tipo II como S. thermophilus, las bacterias productoras de yogur en las que se había demostrado por primera vez la inmunidad basada en CRISPR.

Había también diferencias muy extrañas en la manera en que los distintos sistemas CRISPR-Cas destruían el ADN del fago. En los sistemas de Tipo I como E. coli y P. aeruginosa, la enzima Cas3 —aquella desbrozadora a motor— devoraba el ADN dejándolo hecho trizas. Debido a lo rápido que esta diminuta máquina segaba el ADN, ni siquiera era posible ver en acción esta destrucción; cuando intentábamos observar experimentalmente la reacción en un tubo de ensayo, todo lo que podíamos ver era un caos molecular, con largos manchurrones de ADN digerido por todo el genoma del fago. En contraste, el sistema de Tipo II encontrado en S. thermophilus era más moderado y preciso. Los científicos canadienses Sylvain Moineau y Josiane Garneau, trabajando con el grupo de Danisco, habían conseguido captar los genomas del fago en células infectadas mientras el sistema inmune de CRISPR los destruía. En un proceso más típico de nucleasas normales, lo que quiera que estuviera cortando en S. thermophilus operaba como unas tijeras, cortando el ADN en el punto exacto en que las letras del genoma vírico coincidían con las letras del ARN de CRISPR.

La precisión quirúrgica de la enzima Cas en S. thermophilus era impresionante, pero no sabíamos tanto sobre la proteína del sistema Tipo II como sobre la enzima del sistema Tipo I. Ninguna de las proteínas de la maquinaria Cascade que Blake y yo habíamos estudiado, responsables del reconocimiento del ADN en sistemas CRISPR de Tipo I en E. coli, estaba presente en el sistema Tipo II de S. thermophilus . Además, no estábamos seguros de cómo las enzimas de Tipo II interaccionaban con el ARN de CRISPR para especificar dónde cortar a lo largo del ADN viral.

¿Cuál era la enzima que actuaba como punta de lanza del sistema de Tipo II si no era Cas3? Y, si en esas estamos, ¿con qué otros actores interaccionaba el ARN de CRISPR para reconocer su diana? Responder a estas preguntas nos ayudaría a entender cómo la naturaleza había resuelto de maneras distintas el mismo problema —destruir el ADN viral— y también nos ayudaría a comprender, y tal vez a domesticar, otro poderoso tipo de sistema inmune bacteriano.

Este misterioso sistema de defensa creado por la naturaleza tenía características sorprendentemente parecidas a las de las nucleasas construidas artificialmente, las enzimas programables para el corte de ADN que estaban siendo cada vez más utilizadas para inducir cambios precisos en las células durante el proceso conocido como edición génica. Aunque el sistema inmune de Tipo II de S. thermophilus parecía destruir el ADN del fago más que editarlo, su capacidad de detectar y cortar secuencias específicas de ADN no difería, al menos en principio, de las funciones de las herramientas de edición génica existentes: las ZFN y las TALEN. Pero también había diferencias importantes, y dos preguntas en particular estaban atrayendo la atención de los investigadores en CRISPR: ¿qué tipo de enzima estaba haciendo el corte del ADN en este sistema de Tipo II, y cómo funcionaba?

Como yo aún estaba centrada en estudiar los sistemas de Tipo I, no habría sido arrastrada a esta nueva línea de investigación si no hubiera sido por un encuentro casual con una colega cuyo laboratorio estaba en la otra punta del globo y cuyo trabajo solo conocía por leerlo. Este encuentro fortuito me llevaría a enfocar nuestros esfuerzos para comprender CRISPR en una nueva dirección y se convertiría en la colaboración que cambiaría mi vida; una que revelaría una parte de este maravilloso sistema que pocos podrían haber imaginado.

En la primavera de 2011, viajé de Berkeley a Puerto Rico para asistir al congreso anual de la Sociedad Americana de Microbiología. Las conferencias de este tipo son una gran ocasión para que los científicos conozcan a nuevos colegas, se pongan al día sobre los nuevos desarrollos de su campo concreto y se tomen un respiro de la rutina diaria del laboratorio. Aunque el congreso de microbiología no estaba entre los que frecuentaba habitualmente, me habían invitado a presentar el trabajo de mi laboratorio sobre CRISPR y sabía que John van der Oost, a la sazón amigo y colaborador ocasional, también estaría allí. Tenía ganas de hablar con él en persona y de explorar Puerto Rico. Ya había visitado la isla una vez cuando estaba en la universidad y recordaba que sus encantadores bosques tropicales y vistas al océano me recordaban a mi Hawái natal.

La noche del segundo día de conferencia, John y yo nos plantamos en una cafetería para repostar café antes de dirigirnos al auditorio donde iba a tener lugar la siguiente sesión de presentaciones. Sentada en la esquina de la cafetería estaba una elegante joven. John me condujo hacia allá y nos presentó, y tan pronto pronunció su nombre —Emmanuelle Charpentier— se me encendió la bombilla.

Los estudiantes de mi laboratorio me habían hablado de la fascinante charla que Emmanuelle había dado el año anterior en un pequeño congreso sobre CRISPR en Wageningen. Yo no había podido ir, pero los miembros de mi laboratorio que asistieron comentaron la presentación de Emmanuelle sobre el sistema inmune CRISPR de Tipo II en una bacteria llamada Streptococcus pyogenes . Atando cabos, me di cuenta de que su trabajo en el tema se había publicado recientemente en la revista Nature , y había causado sensación en mi laboratorio ⁵⁵ . Hasta su publicación, todo el mundo en nuestro ámbito de estudio había pensado que solo existía un tipo de molécula de ARN involucrada en las rutas de CRISPR. Pero Emmanuelle y su colaborador Jörg Vogel, cuyo laboratorio había estudiado durante mucho tiempo las funciones de los ARN de pequeño tamaño en bacterias, habían descubierto por azar una segunda molécula de ARN que era necesaria en algunos casos para la producción de los ARN de CRISPR. Este descubrimiento había emocionado a nuestros compañeros investigadores en CRISPR porque demostraba la fascinante diversidad de la inmunidad bacteriana y sugería que la evolución había generado una navaja suiza virtual para luchar contra los virus.

Durante nuestra breve conversación, Emmanuelle me pareció una persona relajada y algo reservada pero también con un humor socarrón y refrescantemente alegre. Me cayó bien de inmediato. Al día siguiente, tras las charlas de la mañana, teníamos la tarde libre. Había planeado sentarme en el patio y trabajar un poco con el ordenador, pero Emmanuelle me invitó a explorar con ella el viejo San Juan y no pude resistirme. Mientras paseábamos por las calles adoquinadas, que Emmanuelle decía que le recordaban el lugar donde se crio en París, charlamos sobre nuestros recientes viajes, intercambiamos impresiones sobre el sistema universitario en Berkeley y en Suecia (adonde había trasladado su laboratorio recientemente) y comentamos las charlas a las que habíamos asistido hasta ese momento en el congreso. Finalmente la conversación giró hacia nuestra propia investigación científica, y Emmanuelle dijo que hacía tiempo que había estado pensando en llamarme para proponerme una colaboración.

Emmanuelle estaba muy interesada en determinar la manera en que el sistema CRISPR de Tipo II de Streptococcus pyogenes, la bacteria infecciosa que estaba estudiando, cortaba el ADN viral. Su investigación, junto a estudios previos de Sylvain Moineau, Virginijus Siksnys y otros colegas, parecía apuntar hacia, al menos, un gen llamado csn1 . ¿Qué me parecería unirme a ella empleando la experiencia de mi laboratorio en bioquímica y biología estructural para ayudar a descubrir la función de la proteína codificada por el gen csn1? Mientras bajábamos por una calle estrecha hacia el espumoso océano azul, Emmanuelle se volvió hacia mí. «Estoy segura de que trabajando en conjunto descubriremos qué hace esta misteriosa Csn1.» Sentí un escalofrío de emoción al considerar el potencial del proyecto.

Me interesaba tener la oportunidad de trabajar con los sistemas CRISPR de Tipo II, esos que carecían de Cascade y de proteínas Cas3. Y si la misteriosa proteína Csn1 realmente estaba involucrada en cortar el ADN en los sistemas Tipo II, entonces asociarme con Emmanuelle podría dar a mi laboratorio la oportunidad de contribuir a esta área de CRISPR.

Trabajar en esta nueva bacteria también me tentaba. Como modelo de estudio, S. pyogenes tenía similitudes y diferencias interesantes con S. thermophilus, la bacteria del yogur que por entonces se había convertido en uno de los organismos favoritos para el estudio de CRISPR. La razón era que ambas pertenecían al mismo género, Streptococcus, y el sistema inmune CRISPR en S. pyogenes se parecía mucho al de S. thermophilus . Aunque cada bacteria atacaba un único tipo de fagos, ambas contenían el mismo núcleo de componentes moleculares y los mismos genes, lo que facilitaría pasar de estudiar una a estudiar la otra.

Sin embargo, S. pyogenes desempeña un papel muy diferente al de S. thermophilus en nuestras vidas. La investigación en S. thermophilus tiene valor económico por su uso generalizado en la industria láctea para la producción de queso y yogur. S. thermophilus es la única cepa bacteriana del género Streptococcus que es comúnmente aceptada como segura en seres humanos y otros mamíferos. S. pyogenes, y prácticamente todos los demás miembros del género Streptococcus, son patógenos para un gran número de especies de mamíferos, incluida la nuestra. Un sorprendente número de enfermedades humanas están asociadas a esta bacteria. S. pyogenes es una de las diez primeras causas de infecciones mortales en nuestra especie y provoca más de medio millón de muertes anualmente ⁵⁶ Entre las enfermedades que se pueden atribuir a S. pyogenes están el síndrome del shock tóxico, la escarlatina, la faringitis estreptocócica y una, particularmente preocupante, llamada fascitis necrótica que ha llevado a S. pyogenes a recibir el desagradable epíteto de bacteria «comecarne».

Por eso, trabajar en S. pyogenes tiene un importante valor médico que lo hace más atractivo para los investigadores. De hecho, lo que llevó inicialmente a Emmanuelle a estudiar CRISPR era entender la patogenia de S. pyogenes . Esperaba que el sistema CRISPR aportara nuevas maneras de tratar las infecciones estreptocócicas, salvando así innumerables vidas.

Afortunadamente para los investigadores, estas virulentas bacterias se pueden estudiar minimizando el riesgo. Cuando Emmanuelle me propuso colaborar, estaba claro que mi laboratorio trabajaría exclusivamente con S. pyogenes in vitro (término latino que significa ‘en el vidrio’) en contraposición a in vivo (en latín ‘en vida’). Haríamos experimentos en tubos de ensayo con proteínas purificadas y moléculas de ARN o de ADN en lugar de experimentos con células vivas y fagos. No tendríamos que cultivar S. pyogenes en placas de Petri impregnadas con sangre de oveja ni trabajar en laboratorios aislados para asegurarnos de que este patógeno letal quedaba bajo control. Podríamos además usar E. coli, nuestro caballo de batalla de laboratorio, para fabricar masivamente y de forma segura genes aislados y proteínas de S. pyogenes, sin riesgo de infección para los seres humanos que los manipulasen.

En el vuelo de regreso a California después del congreso en Puerto Rico, pensé en la propuesta de colaboración y me pregunté a qué miembro del laboratorio le podría proponer liderar el proyecto. Hacia 2011, la investigación en CRISPR en mi laboratorio había aumentado considerablemente y ahora tenía varios investigadores posdoctorales, graduados y técnicos especialistas trabajando en diferentes aspectos de la biología de CRISPR y el desarrollo de nuevas herramientas. Pero casi todo el mundo estaba ocupado con sus propios proyectos, y me costaba cargar con otro trabajo adicional a nadie.

Entonces caí en la cuenta de que tenía al candidato idóneo: un científico posdoctoral checo increíblemente dotado y trabajador que estaba finalizando su estancia en mi laboratorio. Ya estaba haciendo entrevistas para conseguir un trabajo permanente y me había mencionado hacía poco que estaba buscando algo que hacer durante su último año en Berkeley.

Martin Jinek (pronunciado «Yinek») era en muchos aspectos el polo opuesto a Blake. Mientras que Blake era gregario y extrovertido, Martin era reservado e introvertido. Cuando se enfrentaba a un obstáculo experimental o una técnica desconocida, Blake encontraba inmediatamente a alguien que le ayudara mientras que Martin se enfrascaba en los libros hasta que lo resolvía él solo. Tenía un conocimiento enciclopédico de biología y de bioquímica, como demuestran no solo su larga y prestigiosa lista de publicaciones, sino también la variedad de campos en los que había publicado. Y lo más importante: estaba familiarizado con el campo de CRISPR. Tras unirse a mi laboratorio con la intención de estudiar ARN interferente en seres humanos, había trabajado codo a codo con Blake y Rachel ayudándoles a completar una serie de proyectos relacionados con CRISPR.

Martin reaccionó con entusiasmo cuando dejé caer la idea de colaborar con Emmanuelle. Sugirió que también incluyéramos a Michael (Michi) Hauer, un estudiante de máster alemán que estaba a punto de llegar al laboratorio ese verano. Me pareció bien; cuantos más, mejor. Cuanto más aprendía de la misteriosa proteína de Emmanuelle, más convencida estaba de que tenía algo especial, algo capaz de desvelar los secretos más recónditos de CRISPR.

Con los años, la enzima Csn1 había recibido varios nombres hasta que en el verano de 2011 uno —Cas9— finalmente caló. A pesar de lo difícil que me estaba resultando seguir la pista de los alias cambiantes de Cas9, al revisar lo que ya se conocía supe que esta proteína tenía una importancia indudable. El estudio de Rodolphe y Philippe de 2007 había mostrado que la inactivación del gen que codificaba la proteína Cas9 abolía la capacidad de S. thermophilus de protegerse contra el ataque viral. Además, cuando Josiane y Sylvain descubrieron que el genoma de los fagos se cortaba durante la respuesta inmune de CRISPR, también constataron que la inactivación del gen que codificaba Cas9 evitaba que CRISPR destruyera el ADN viral. Igualmente, en los experimentos de Emmanuelle con S. pyogenes, las mutaciones del gen que codificaba Cas9 causaban defectos en la producción de las moléculas de ARN de CRISPR y también afectaban al sistema inmune en general. Finalmente, un estudio realizado en otoño de 2011 por el laboratorio de Virginijus Siksnys junto al de Rodolphe y Philippe en Danisco sugería que cas9 era el único gen cas productor de proteína en el sistema CRISPR de S. thermophilus y era esencial para la respuesta antiviral.

Cuanto más leía, más claro tenía que la proteína Cas9 era un elemento clave de la fase de destrucción del ADN durante la respuesta inmune de los sistemas CRISPR de Tipo II. Al menos parecía ser esencial en las bacterias del género Streptococcus , pero era razonable pensar que cualquier elemento crítico en un grupo de sistemas de Tipo II sería absolutamente necesario en la respuesta antiviral en los otros. Sin embargo, estaba por determinar cuál era el papel preciso de Cas9.

Martin y yo mantuvimos una reunión por Skype con Emmanuelle para establecer una estrategia experimental conjunta sobre Cas9. Solamente conectar la llamada había sido un reto, lo que ponía de manifiesto las dificultades logísticas de nuestra colaboración. Emmanuelle estaba en la Universidad de Umeå, al norte de Suecia, diez horas por delante de la hora en el Pacífico, y el estudiante de tesis que lideraba el proyecto de CRISPR en su laboratorio —Krzysztof Chylinski— trabajaba en la Universidad de Viena, donde el laboratorio de Emmanuelle había estado establecido anteriormente. Así que íbamos a ser un grupo muy internacional: una profesora francesa en Suecia, un estudiante polaco en Austria y un estudiante alemán, un investigador posdoctoral checo y una profesora estadounidense en Berkeley.

Cuando acordamos una hora que nos vino bien a todos, comenzamos a bosquejar el proyecto a grandes trazos. Desde la perspectiva de mi laboratorio, el objetivo inicial estaba muy claro: teníamos que averiguar cómo aislar y purificar la proteína Cas9, algo que no habían podido hacer en el laboratorio de Emmanuelle. Una vez que tuviéramos la proteína Cas9, podríamos comenzar a llevar a cabo experimentos bioquímicos para determinar si Cas9 interaccionaba con el ARN de CRISPR, como sospechábamos, y cómo funcionaba durante la respuesta inmune antiviral.

Krzysztof, el estudiante de tesis de Emmanuelle, nos envió un cromosoma artificial que contenía el gen cas9 de S. pyogenes, y Michi, supervisado de cerca por Martin, se puso manos a la obra para purificar la proteína. Primero Michi introdujo el ADN sintético en diferentes cepas de E. coli y luego, modificando las condiciones de crecimiento y los tipos de nutrientes de los medios de cultivo, ensayó sistemáticamente docenas de parámetros distintos para descubrir el protocolo que produjera mayores niveles de proteína Cas9, como un jardinero que probara diferentes tipos de tierra y combinaciones de fertilizantes para identificar las condiciones óptimas de crecimiento de una flor nueva. A continuación, mediante cromatografía, una técnica proveniente de la química, Michi probó la estabilidad de la proteína Cas9. Algunas proteínas son más delicadas que otras y se «estropean» después de un único uso, normalmente porque se agregan y precipitan como copos de nieve microscópicos, causando que un tubo de ensayo con una solución inicialmente transparente se vuelva lechosa; otras, en cambio, se pueden congelar y descongelar repetidas veces manteniéndose con una excelente durabilidad. Tuvimos suerte: Cas9 pertenecía a la última categoría.

Finalmente llegó el momento de realizar el primer experimento bioquímico. Mientras Michi y Martin purificaban y aislaban la proteína Cas9, imaginamos que cualquier propiedad de corte de ADN que tuviera la proteína dependería de la presencia del ARN de CRISPR. En los sistemas CRISPR de Tipo I que habíamos estado estudiando en el laboratorio, el ARN de CRISPR se ensamblaba con una multitud de proteínas Cas para formar la maquinaria de unión y corte de ADN. Habíamos imaginado que Cas9 podría funcionar de un modo similar. En consonancia con esta idea, el análisis computacional de la secuencia de aminoácidos de Cas9 había revelado la presencia en la enzima de no solo uno, sino de dos posibles módulos de corte de ácidos nucleicos, o nucleasas. Tal vez uno de estos módulos fuera capaz de cortar el ADN del fago.

Con su estancia en el laboratorio próxima a finalizar —le estaban esperando en Alemania para que acabara la tesis y ya tenía reservado el vuelo—, Michi y Martin decidieron probar si la enzima Cas9 purificada era capaz de cortar ADN. Tras sintetizar la molécula funcional de ARN que había definido el trabajo de Emmanuelle en S. pyogenes, mezclaron el ARN de CRISPR, la proteína Cas9 y una muestra de ADN. Y lo más importante: el ADN utilizado en este experimento contenía una secuencia de letras complementaria a la secuencia de uno de los extremos del ARN de CRISPR.

Como ocurre con frecuencia en los trabajos científicos, el experimento resultó decepcionante. No se observaba absolutamente ningún cambio en el ADN; era exactamente igual antes y después de exponerlo a Cas9 y al ARN coincidente de CRISPR. O Michi no había hecho el experimento correctamente o, después de todo, Cas9 no tenía la capacidad de cortar el ADN. Michi presentó sus resultados en el laboratorio y, algo descorazonado, regresó a casa pensando que el duro trabajo de verano aislando, purificando y estudiando Cas9 no había servido para nada.

A medida que la colaboración con Krzysztof y Emmanuelle avanzaba, Martin había estado trabajado de cerca con Michi supervisándole en el laboratorio, pero también había estado ocupado buscando un trabajo estable. Había tenido entrevistas por todo el mundo, incluyendo Suiza, donde finalmente aceptó una plaza de profesor asociado en la Universidad de Zúrich. Afortunadamente para nosotros, el plan de viajes de Martin se había relajado considerablemente cuando Michi se fue, así que continuó donde Michi lo había dejado, dedicando toda su atención a Cas9 para resolver cuál podría ser su función.

El trabajo de Michi y Martin parecía mostrar que Cas9 era incapaz de cortar el ADN, ¿pero podría haber fallado algo en el experimento? Había muchas posibilidades, desde la trivial (la proteína se había degradado en el tubo de ensayo) hasta la interesante (por ejemplo, podía faltar en la reacción un componente necesario). Para explorar esta última posibilidad, Martin y Krzysztof comenzaron a plantear el experimento de corte de ADN de diversas maneras. En uno de los muchos giros casuales de esta historia, descubrieron que ambos habían crecido en lados opuestos de la misma frontera —Krzysztof en Polonia y Martin en lo que entonces era Checoslovaquia— y que los dos hablaban polaco, lo que ayudó mucho en las cada vez más frecuentes sesiones de Skype que mantenían para intercambiar ideas sobre los experimentos.

Finalmente Krzysztof y Martin realizaron experimentos en los que no solo incluyeron el ARN de CRISPR sino también un segundo tipo de ARN llamado ARNtracr que el laboratorio de Emmanuelle había descubierto que era necesario para la producción de los ARN de CRISPR en S. pyogenes . El resultado fue simple, pero, para nosotros, espectacular: cualquier ADN que contuviera una secuencia de veinte letras perfectamente coincidente con la molécula de ARN de CRISPR se cortaba limpiamente. Experimentos llevados a cabo en paralelo, llamados «controles», mostraron que la coincidencia entre la secuencia del ARN de CRISPR y la secuencia del ADN era esencial, al igual que la presencia de la proteína Cas9 y del ARNtracr.

En esencia, estos experimentos simulaban lo que ocurre en una célula durante la respuesta inmune CRISPR pero empleando tan solo los componentes mínimos; junto a la molécula de ADN que simulaba el genoma de un fago, no había otras moléculas celulares más allá de Cas9 y las dos moléculas de ARN, que tenían el mismo aspecto que cuando estaban dentro de la célula de Streptococcus pyogenes . Lo más crítico era el hecho de que veinte de las letras de ese ADN coincidieran con las del ARN de CRISPR, lo que significaba que el ARN de CRISPR y una de las dos cadenas de ADN debían ser capaces de formar su propia doble hélice mediante el apareamiento complementario de las bases. Esta doble hélice de ARN-ADN podría ser la clave de la especificidad en la actividad de corte de Cas9.

FIGURA 11

Cas9 corta el ADN usando dos moléculas de ARN

La monitorización de la reacción de corte del ADN en el tubo de ensayo requería un método de detección sensible, ya que no era posible visualizar el corte de ADN. Con una longitud de cincuenta letras, la doble hélice de ADN tendría tan solo diecisiete nanómetros de largo, o diecisiete mil millonésimas de metro, aproximadamente una milésima parte de la anchura de un cabello humano. Ni siquiera el microscopio más potente podía mostrárnoslo, así que Martin y Krzysztof emplearon dos de las herramientas favoritas del bioquímico de ácidos nucleicos: fósforo radiactivo y electroforesis en gel. En este experimento se unieron químicamente átomos de fósforo radiactivo a los extremos de las moléculas de ADN para que este se detectara cuando se expusiese a una película de rayos X. Después se aplicaba alto voltaje eléctrico para forzar que el ADN pasara a través de una placa de un material gelatinoso que funciona como un tamiz molecular, separando las moléculas según su tamaño. Al exponer al gel la película de revelado para rayos X una vez que Cas9 había cortado el ADN, se observaban varias regiones, o bandas, de señal: una banda de la longitud total del ADN y otras dos menores del ADN que se había cortado.

Martin también mostró que ambas cadenas de ADN se cortaban en la misma posición relativa respecto a la posición del ARN de CRISPR. Y lo más importante, las moléculas del ARN de CRISPR y ARNtracr se mantenían invariables a lo largo del experimento y por tanto la proteína Cas9 podía utilizarlas repetidamente para determinar la secuencia que debía cortar.

Observando estos resultados, nos dimos cuenta de que habíamos definido las partes esenciales de una máquina de corte de ADN, el mecanismo que permitía a S. pyogenes y S. thermophilus —y a cualquier otra bacteria con un tipo de CRISPR similar— no solo detectar secuencias específicas del ADN del fago, sino también destruirlas. Los componentes cruciales para cortar el ADN eran la enzima Cas9, el ARN de CRISPR y el ARNtracr.

Estaba exultante con estos resultados y a la vez consumida por multitud de preguntas adicionales que queríamos responder de inmediato. Para entender exactamente cómo la enzima Cas9 era capaz de cortar el ADN usando un ARN como guía, necesitábamos determinar la parte de la proteína que controlaba la función de corte. Para probar que el corte de ADN era específico y requería una coincidencia entre el ARN de CRISPR y la secuencia de ADN, necesitábamos cambiar la secuencia de ADN letra a letra y mostrar que el corte se evitaba cuando la coincidencia entre el ARN-ADN no era perfecta. Y para demostrar cómo funcionaban las moléculas de ARN de CRISPR y el ARNtracr, necesitábamos reducir sistemáticamente el tamaño de ambos para descubrir qué partes de las moléculas de ARN eran realmente necesarias.

Martin y Krzysztof trabajaron incansablemente para responder estas preguntas y muy pronto comenzó a emerger una imagen increíble. Encontraron que Cas9 se podía cerrar sobre la doble hélice de ADN, hacer palanca abriendo las dos cadenas para que se formara una nueva hélice entre el ARN de CRISPR y una de las cadenas de ADN y entonces usar dos módulos de nucleasa para cortar simultáneamente ambas cadenas del ADN, creando la rotura de doble cadena. Dependiendo de la secuencia de la molécula de ARN asociada, Cas9 podía detectar y cortar prácticamente cualquier secuencia de ADN coincidente. En esencia, la molécula de ARN de CRISPR actuaba como unas coordenadas de GPS, que guiaban a Cas9 hasta un punto preciso en la enorme extensión de la larga molécula de ADN de acuerdo con las letras coincidentes entre el ARN de CRISPR y el ADN. Teníamos una nucleasa realmente programable, una que podría localizar cualquier secuencia arbitraria de ADN usando las mismas reglas de apareamiento —A va con T, G va con C, y así sucesivamente—. Para cualquier secuencia de veinte letras que contuviera el ARN guía, Cas9 encontraría su secuencia homóloga en el ADN y la cortaría.

En la guerra librada entre bacterias y virus, la función de Cas9 tenía todo el sentido del mundo. Armada con un arsenal de moléculas derivadas de la secuencia de CRISPR, donde se habían almacenado los fragmentos del ADN de fagos, Cas9 podía programarse fácilmente para cortar los sitios correspondientes del ADN en los genomas virales. Era el arma bacteriana perfecta: un misil buscador de fagos que podía golpear rápidamente y con increíble precisión.

Con estos resultados de Martin y Krzysztof, ya estábamos listos para abordar la siguiente pregunta: si las bacterias podían programar Cas9 para cortar en posiciones virales específicas, ¿podríamos nosotros, los investigadores, como sospechábamos, programar Cas9 para cortar otras secuencias de ADN, virales o no? Martin y yo estábamos muy al tanto de las novedades en el campo de la edición génica y de lo prometedoras que parecían las nucleasas programables basadas en ZFN y en TALEN, y también de sus limitaciones. Comprendimos, bastante sobrecogidos, que habíamos dado con un sistema que podía transformarse en una tecnología de edición génica mucho más directa que ninguna de las descubiertas o desarrolladas previamente.

Para convertir esta pequeña máquina molecular en una poderosa herramienta de edición génica teníamos que ir un paso más allá. Hasta ahora habíamos reducido una compleja respuesta inmune a un sencillo grupo de partes móviles que podían aislarse, modificarse y combinarse de diversas maneras. Además, mediante cuidadosos experimentos bioquímicos, habíamos deducido las reglas moleculares que gobernaban las funciones de cada una de estas partes. Lo siguiente que queríamos hacer era confirmar que podíamos modificar Cas9 y las moléculas de ARN para localizar y cortar cualquier secuencia de ADN que eligiéramos. Esa demostración evidenciaría el poder de CRISPR.

Ese único paso —programar nosotros mismos la maquinaria CRISPR-Cas9— consistía de hecho en dos pasos menores: desarrollar una idea y llevar a cabo un experimento.

Primero vino la idea. Meticuloso como siempre, Martin había modificado sistemáticamente ambas moléculas de ARN —la molécula del ARN de CRISPR que llevaba a cabo la identificación y la molécula de ARNtracr que la unía a Cas9— para determinar el modo en que cada letra de cada ARN afectaba a la función. Con este conocimiento, Martin y yo nos dedicamos a pensar el modo de convertir las dos moléculas de ARN en una. Si fusionáramos el final de una con el principio de la otra y la quimera de ARN resultante fuera funcional, simplificaríamos nuestra máquina programable de corte de ADN; en lugar de tener que combinar Cas9 con ambas moléculas de ARN, la guía (el ARN de CRISPR) y el asistente (el ARNtracr), podríamos emparejar la enzima con una única molécula de ARN —un ARN guía único— que cumpliría ambas funciones. Al convertir CRISPR en una herramienta para la edición génica, la reducción en la complejidad del sistema favorecería enormemente su utilidad.

Basándonos en esta idea, diseñamos un experimento. Necesitábamos probar esta única molécula de ARN fusionado y determinar si aún podría guiar a Cas9 para cortar una secuencia de ADN complementaria. Además, nuestro experimento indicaría si Cas9 podría ser programada para cortar cualquier secuencia de ADN que nos propusiéramos, como sospechábamos, y no solo las secuencias del ADN de fago que CRISPR había seleccionado durante la evolución bacteriana.

Motivados más por la conveniencia que por la preferencia —en este momento ya sabíamos que habíamos conseguido un avance muy importante y no queríamos demorar nuestro experimento eligiendo un gen que no tuviéramos ya en el congelador del laboratorio—, decidimos usar como blanco un gen de medusa llamado «proteína verde fluorescente» (en inglés Green Fluorescent Protein, GFP). Usada en muchos laboratorios de todo el mundo para visibilizar células y las proteínas que las componen, GFP se convirtió en una herramienta biotecnológica tan importante que en 2008 les valió el Premio Nobel de Química a Martin Chalfie, Osamu Shimomura y Roger Tsien. Martin Jinek eligió como diana cinco secuencias distintas de veinte letras a lo largo del gen, y a continuación generó cinco moléculas de ARN que coincidieran perfectamente con ellas. Una vez que los ARN guía únicos estuvieron listos, los incubamos con Cas9 y con el ADN de medusa haciendo el mismo tipo de análisis de corte de ADN que ya se había convertido en rutina y esperamos para ver el resultado.

Mientras, sentados frente a un ordenador del laboratorio, Martin me explicaba los resultados que había obtenido en los experimentos con GFP, apareció una preciosa imagen del escáner de un gel.

FIGURA 12

Corte programable de ADN mediante CRISPR-Cas9

El ADN de GFP se había cortado en todos los lugares esperados. Cada molécula de ARN guía único había funcionado como preveíamos, seleccionando el punto exacto del ADN de medusa que queríamos cortar y emparejándose con Cas9 para escindirlo en esa localización concreta.

Lo habíamos conseguido. En muy poco tiempo, habíamos construido y validado una nueva tecnología que, basada en el corpus de investigación realizado con las proteínas ZFN y TALEN, sería capaz de editar el genoma; cualquier genoma, no solo el de un virus bacteriano. A partir de este quinto sistema de armamento bacteriano, habíamos encontrado el método para reescribir el código de la vida.

Esa noche, mientras estaba preparando la cena, me bailaban en la cabeza imágenes de esta diminuta máquina: Cas9 y su ARN guía zumbando por la célula bacteriana en busca de secuencias coincidentes de ADN. De pronto comencé a reír en alto yo sola. ¡Era increíble que las bacterias hubieran encontrado el modo de programar una proteína guerrera para que buscase y destruyera el ADN viral! Y qué milagroso, qué afortunado, que pudiéramos reutilizar esta propiedad fundamental para un uso completamente distinto. Fue un momento maravilloso de verdadera alegría, la alegría del descubrimiento: una sensación como la que había sentido hacía ya muchos años en el laboratorio del doctor Hemmes.

En junio de 2012, Emmanuellle y Krzysztof vinieron a una conferencia en Berkeley, ofreciéndonos, por fin, a Martin y a mí la oportunidad de verlos otra vez en persona. Increíblemente, dado lo lejos que habíamos llegado científicamente, nuestra comunicación hasta entonces había sido, casi exclusivamente, virtual. Tras innumerables llamadas telefónicas, discusiones por Skype e intercambio de correos electrónicos, nos encontrábamos sentados en mi oficina de Berkeley, maravillándonos con los resultados de nuestra breve pero intensa colaboración.

Emmanuelle y Krzysztof estaban en la ciudad para asistir a la quinta conferencia anual sobre CRISPR, una reunión que agrupaba a los miembros de los veinte o treinta laboratorios que en 2012 estaban estudiando el sistema de defensa bacteriano. Casi todos estos investigadores trabajaban en el campo de las ciencias de la alimentación o de la microbiología. CRISPR aún no había recibido mucha atención por parte del resto de la comunidad científica; en la década anterior solo se habían publicado unos doscientos artículos científicos que mencionaran el sistema. Sabíamos que eso iba a cambiar.

El momento del congreso no podía haber sido mejor —o peor—. Por un lado, podríamos comparar nuestro trabajo con el de nuestros colegas. Por otro, las semanas previas habían resultado absoluta y agotadoramente frenéticas y todos necesitábamos tomarnos un descanso.

Después del experimento con GFP, habíamos decidido dar por concluido el proyecto lo antes posible y describirlo en un artículo de investigación. Incluso antes de que Martin y Krzysztof hubieran acabado todos los experimentos y antes de que nuestros colaboradores extranjeros hubieran comenzado a hacer las maletas para el viaje a Berkeley, Emmanuelle y yo ya habíamos empezado a escribirlo.

El artículo se centraba principalmente en cómo nuestro trabajo explicaba la función de CRISPR en la defensa antiviral de S. pyogenes, pero también queríamos resaltar las profundas implicaciones de nuestros resultados. En el resumen de la publicación incluimos una frase que hacía hincapié en la utilidad que tendría para la edición génica una enzima programable que cortara el ADN. Además, concluimos el artículo con una breve pero clara indicación sobre la utilidad de CRISPR en otras células además de las bacterias. Tras mencionar las ZFN y las TALEN, la frase de conclusión decía: «Proponemos una metodología alternativa basada en Cas9 programada por ARN con un considerable potencial en aplicaciones para la detección de secuencias específicas de ADN y la edición del genoma» ⁵⁷ .

El 8 de junio de 2012, una soleada tarde de viernes, pulsé «Confirmar» en mi ordenador, enviando definitivamente a la revista Science nuestro trabajo para su consideración. Se publicaría tan solo veinte días después, el 28 de junio, y después de eso nada volvería a ser igual; ni para mí, ni para mis colaboradores, ni para el campo de la biología. Sin embargo, en ese momento, tras alcanzar este hito, mi alegría era contenida. Me encontraba más agotada de lo que jamás había estado.

Sentía como si hubiera estado sentada en mi escritorio durante semanas; así que me puse en pie y, un poco aturdida, salí de Stanley Hall para dar una vuelta por el campus de Berkeley. El césped alrededor del lago circular frente a nuestro edificio estaba llamativamente vacío. El semestre de primavera había terminado hacía casi un mes; el campus, habitualmente bullicioso, estaba extrañamente tranquilo.

Ahora me doy cuenta de que era la calma que precede a la tormenta.

46 . B. Wiedenheft et al., «Structural Basis for DNase Activity of a Conserved Protein Implicated in CRISPR-Mediated Genome Defense», Structure 17 (2009): 904-912. 47 . R. E. Haurwitz et al., «Sequence- and Structure-Specific RNA Processing by a CRISPR Endonuclease», Science 329 (2010): 1355-1358. 48 . J. E. Garneau et al., «The CRISPR/Cas Bacterial Immune System Cleaves Bacteriophage and Plasmid DNA», Nature 468 (2010): 67-71. 49 . R. Sapranauskas et al., «The Streptococcus thermophilus CRISPR/Cas System Provides Immunity in Escherichia coli», Nucleic Acids Research 39 (2011): 9275-9282. 50 . B. Wiedenheft et al., «Structures of the RNA-Guided Surveillance Complex from a Bacterial Immune System», Nature 477 (2011): 486-489. 51 . T. Sinkunas et al., «In Vitro Reconstitution of Cascade-Mediated CRISPR Immunity in Streptococcus thermophilus», EMBO Journal 32 (2013): 385-394. 52 . D. H. Haft et al., «A Guild of 45 CRISPR-Associated (Cas) Protein Families and Multiple CRISPR/Cas Subtypes Exist in Prokaryotic Genomes», PLoS Computational Biology 1 (2005): e60. 53 . K. S. Makarova et al., «Evolution and Classification of the CRISPR-Cas Systems», Nature Reviews Microbiology 9 (2011): 467-477. 54 . K. S. Makarova et al., «An Updated Evolutionary Classification of CRISPR-Cas Systems», Nature Reviews Microbiology 13 (2015): 722-736; S. Shmakov et al., «Discovery and functional Characterization of Diverse Class 2 CRISPR-Cas Systems», Molecular Cell 60 (2015): 385-397. 55 . E. Deltcheva et al., «CRISPR RNA Maturation by Trans-Encoded Small RNA and Host Factor RNase III», Nature 471 (2011): 602-607. 56 . A. P. Ralph y J. R. Carapetis, «Group A Streptococcal Diseases and Their Global Burden», Current Topics in Microbiology and Immunology 368 (2013): 1-27. 57 . M. Jinek et al., «A Programmable Dual-RNA-Guided DNA Endonuclease in Adaptive Bacterial Immunity», Science 337 (2012): 816-821.

4

MANDO Y CONTROL

Aproximadamente un año después de que se publicara nuestro artículo en Science me encontraba en Cambridge, Massachusetts, en el primero de lo que se convertirían en viajes mensuales por todo el país para discutir sobre nuestra invención.

Era a principios de junio de 2013 y había viajado al campus de la Universidad de Harvard para encontrarme con un científico prometedor del Departamento de Células Madre y Biología Regenerativa de Harvard. La oficina del profesor Kiran Musunuru estaba en el edificio Sherman Fairchild, donde yo había asistido a clases de química biológica como estudiante de grado en los ochenta. Treinta años después, el edificio tenía el mismo aspecto exterior. Sin embargo, por dentro estaba completamente renovado. Ya no estaban ni las anticuadas aulas ni los laboratorios de bioquímica pasados de moda; en su lugar había unas instalaciones blancas, ventiladas y bien iluminadas que alojaban lo último en equipamiento. El día de mi visita, este moderno espacio bullía de actividad, con docenas de investigadores trabajando al unísono, sondeando los profundos misterios del crecimiento celular y tisular.

En cierto modo, la transformación del Fairchild —especialmente el cambio de enfoque de la bioquímica básica a la biología aplicada— reflejaba la metamorfosis conceptual de mi propia mente y mi trabajo. El año anterior había supuesto un tornado. Investigadores de todo el mundo, muchos más de los que cabrían en un laboratorio, habían explotado rápidamente nuestros hallazgos sobre las propiedades bioquímicas de CRISPR-Cas9. Ya estaban utilizando este conocimiento para modificar el ADN de incontables organismos, así como el material genético en células humanas. Tanto los académicos como los médicos lo habían recibido como al santo grial de la manipulación génica: un modo rápido, sencillo y preciso de reparar defectos en el código genético. En lo que parecía un abrir y cerrar de ojos, me había desplazado del campo de las bacterias y de la biología de CRISPR-Cas al mundo de la biología humana y la medicina. Para una académica tan especializada como yo, eso era un salto cuántico, como dormirme en Berkeley y despertarme en Marte.

Mi reunión con Kiran ejemplificaba perfectamente la ilusión que rodeaba a esta tecnología. Había venido a Harvard para discutir las aplicaciones de CRISPR como herramienta terapéutica, pero Kiran ya iba un paso por delante de mí. Antes de sentarnos en su oficina, me indicó que le siguiera al laboratorio. Mientras caminábamos, hizo un apasionado resumen de la miríada de formas en que su equipo de investigación estaba usando CRISPR para desarrollar tratamientos de enfermedades genéticas.

Kiran me explicó que uno de los objetivos de la investigación en su grupo era la anemia falciforme: la afección en la que una sola mutación en el ADN interfiere en la capacidad de las células rojas de la sangre para transportar oxígeno por el cuerpo. Los miembros de su laboratorio habían utilizado CRISPR para localizar y cortar el gen mutado de la beta-globina, catalizando una reversión de la letra errónea A en posición 17 a la letra correcta, T. Si pudieran refinar en el laboratorio esta técnica en células humanas, era de esperar que la misma hazaña se pudiera llevar a cabo algún día en pacientes, lo que sentaría las bases de un tratamiento que eliminaría la enfermedad genética desde su origen.

Seguí a Kiran hasta un terminal de ordenador en el que largas hileras de secuencias de ADN aparecían de izquierda a derecha, la una sobre la otra. Señaló las dos secuencias de más arriba y me explicó que estas eran las letras del ADN de la beta-globina de células sanguíneas sacadas de dos pacientes, uno sano y otro que padecía anemia falciforme. Por supuesto, el individuo normal tenía una T en la posición diecisiete, mientras que el individuo enfermo ahí tenía una A.

Entonces Kiran me mostró el panel inferior. Esa secuencia de ADN también provenía de las células del paciente con anemia falciforme, pero después de que hubieran sido tratadas con tres elementos relacionados con CRISPR. El primero era un grupo de instrucciones genéticas para producir la proteína Cas9 de Streptococcus pyogenes . El segundo elemento era una molécula guía de ARN derivada de CRISPR y diseñada para integrarse precisamente en el sitio mutado del gen de la beta-globina. El tercer elemento era un repuesto de ADN sintético, una pieza de la secuencia sana de la beta-globina que las células usarían para enmendar y reparar el gen después de que Cas9 lo hubiera cortado en dos. Kiran estaba usando el sistema CRISPR-Cas9, o CRISPR para abreviar, para localizar el punto correcto del genoma y cortarlo, pero también para marcarlo para su reparación; la célula después reemplazaría la secuencia defectuosa por la secuencia de repuesto correcta.

Mirando la parte inferior de la pantalla del ordenador, vi con agrado que eso era lo que había ocurrido: la secuencia de ADN del paciente con anemia falciforme ahora era indistinguible de la secuencia del paciente sano. Usando CRISPR, el equipo de Kiran había intercambiado perfectamente la letra A causante de la enfermedad por la letra T, sin afectar de ningún otro modo al genoma. En un simple experimento usando células de sangre del paciente, habían demostrado que el sistema CRISPR-Cas9 era capaz de curar una enfermedad debilitante que afectaba a millones de personas por todo el mundo.

Esa noche fui a correr a lo largo del río Charles. Había ido por allí muchas veces cuando era estudiante de grado, y ahora, con las familiares aguas del río Charles fluyendo junto a mí, sentía que estaba de vuelta en la facultad. Mientras corría, rememoraba las conversaciones que había mantenido sobre reparación del ADN en mis años de estudiante, discusiones que se centraban en investigaciones publicadas por mi supervisor, Jack Szostak, y su estudiante Terry Orr-Weaver. En ese momento muchos científicos estaban confusos con el modelo en el que describían cómo las células reparaban los daños de la doble hélice de ADN, y estaban todavía más sorprendidos por la idea adelantada entre otros por Maria Jasin, del Memorial Sloan Kettering, de que los investigadores podrían aprovechar este modo de reparación para alterar secuencias específicas de ADN. Esta estrategia había funcionado bien con las tecnologías precedentes que usaban las enzimas ZFN y las TALEN, y ahora nosotros mismos éramos testigos de que la misma estrategia funcionaba bien con CRISPR. Sin embargo, el sistema de edición génica basado en CRISPR era más sencillo de usar. ¿Podría CRISPR reemplazar a estas tecnologías anteriores del mismo modo que los discos compactos reemplazaron a las casetes (y las casetes reemplazaron a los vinilos)? Mis cavilaciones me llevaron desde la plaza de Harvard hasta el puente de Longfellow y vuelta, con el paisaje de la ciudad convertido en un mero borrón mientras las ideas sobre CRISPR me daban vueltas en la cabeza.

Lo que de verdad me ilusionaba era la idea de que el planteamiento adoptado por el laboratorio de Kiran pudiera aplicarse a otra serie de enfermedades genéticas. Si los científicos pudieran introducir CRISPR de modo seguro y eficiente en el cuerpo humano, de manera que la edición génica funcionara igual de bien en los pacientes que en las células cultivadas en el laboratorio, entonces las posibilidades para transformar la medicina serían ilimitadas. Sin embargo, materializar esta promesa requeriría más recursos y personal de los que ningún laboratorio pudiera obtener por sí solo. Por eso algunos colegas y yo estábamos considerando fundar una empresa que desarrollara terapias basadas en CRISPR; de hecho, ese era el propósito de mi visita a Cambridge. Nuestro sueño era aprovechar CRISPR para tratar las enfermedades genéticas de un modo que antes apenas había sido posible.

En un maratón de reuniones durante el verano y el otoño de 2013 el equipo de esta hipotética empresa evolucionó para incluirme a mí junto a otros cuatro científicos: George Church, Keith Joung, David Liu y Feng Zhang. En noviembre de 2013 fundamos Editas Medicine con 43 millones de dólares provenientes de inversores de capital riesgo. Tan solo medio año después, Emmanuelle cofundó otra empresa, CRISPR Therapeutics, con un capital inicial de 25 millones de dólares en financiación, y en noviembre de 2014 una tercera empresa, Intellia Therapeutics, salió a escena con 15 millones de dólares de inversión en Serie A. Para finales de 2015 estas tres empresas recaudarían más de 500 millones de dólares adicionales para investigación y desarrollo en terapias contra numerosas enfermedades, desde la fibrosis quística y la anemia falciforme hasta la distrofia muscular de Duchenne y una forma congénita de ceguera, todas ellas usando la tecnología CRISPR que Emmanuelle y yo habíamos desarrollado y descrito por primera vez.

A pesar del entusiasmo que las posibilidades médicas despertaron, todavía harían falta años para que CRISPR se abriera camino hacia los ensayos clínicos en seres humanos. Durante ese tiempo, la tecnología se diseminó rápidamente entre la comunidad científica mundial a medida que se corrió la voz de que la edición génica en células ahora se podía hacer, fácilmente, en días. Muchos expertos predijeron que CRISPR sería el sueño de los biólogos hecho realidad, y que permitiría realizar experimentos con los que anteriormente solo era posible fantasear. Yo pensé que democratizaría una tecnología que antes era el privilegio de unos pocos. En los días previos a CRISPR, la edición génica requería protocolos sofisticados, una experiencia enorme y unos recursos financieros sustanciales, y solo podía realizarse en unos pocos organismos modelo. Sin embargo, cuando visité Harvard por primera vez incluso laboratorios sin experiencia previa en edición génica ya estaban utilizando la tecnología.

Hacía tiempo que se habían acabado los días en que te enfrentabas a miradas inexpresivas cuando se mencionaba CRISPR en un seminario o en una conferencia científica. Ahora CRISPR parecía estar en boca de todos y ser el tema de todas las conversaciones. Y aún no era más que la punta del iceberg.

Sentada en el avión, de vuelta a San Francisco después de mi primer viaje a Cambridge, podía vislumbrar una nueva era de mando y control genético en el horizonte: una era en la que CRISPR transformaría la caja de herramientas que usaban los biólogos concediéndoles el poder de reescribir el genoma, prácticamente, como quisieran. En lugar de seguir siendo un documento inmanejable e incomprensible, el genoma se convertiría en maleable, como un fragmento en prosa a merced del bolígrafo rojo de su editor. Mientras consideraba estas enormes posibilidades, me costaba creer lo rápido que habían evolucionado las cosas desde los primeros éxitos de Martin y Krzysztof programando CRISPR para que cortara el ADN en un tubo de ensayo. Ahora la comunidad científica se encontraba bajo un foco de luz en expansión, que crecía para ofrecer nuevas e increíbles revelaciones sobre cómo funcionaba CRISPR y cómo se utilizaría algún día para mejorar la salud humana.

Con los experimentos publicados en nuestro artículo de 2012 en Science, Martin y Krzysztof habían demostrado algo innovador: que una proteína asociada a CRISPR llamada Cas9, aislada de una bacteria «comecarne», funcionaba junto a dos moléculas de ARN para localizar secuencias de ADN con las que coincidieran en veinte letras y cortarlas. El ARN actuaba como una guía, dictando las coordenadas de GPS para el ataque, y Cas9 operaba como el arma que elimina la diana. En bacterias infectadas por virus, esta máquina CRISPR se movilizaba para cortar y destruir moléculas específicas de ADN del virus como parte de una respuesta inmune adaptativa.

Virginijus Siksnys y sus colegas publicaron un trabajo similar al nuestro en el otoño de 2012 describiendo la función de la proteína Cas9 encontrada en las bacterias productoras de yogur, un miembro del mismo género Streptococcus ⁵⁸ .

Al igual que nosotros, vieron que Cas9 cortaba las secuencias de ADN que coincidían con las letras del ARN de CRISPR. Pero no llegaron a descubrir el papel fundamental del segundo ARN (llamado ARNtracr), que habíamos demostrado era un componente esencial de la reacción para la identificación y el corte del ADN.

Nuestro trabajo había descrito los requerimientos moleculares de este sistema de defensa con exhaustivo detalle y mostrado lo fácil y sencillo que era diseñar nuevas versiones de CRISPR para cortar un ADN cualquiera. Aún fuimos un paso más allá, rediseñando el ARN guía, que en la bacteria está compuesto por dos moléculas separadas de ARN (ARN de CRISPR y ARNtracr), juntándolas en una molécula de ARN guía único que todavía permitía a Cas9 encontrar y cortar una secuencia en particular. Habíamos propuesto también que este sistema de defensa se podía redirigir para que realizara en las células una función distinta, no la de destruir el ADN viral sino la de editar con precisión el ADN celular. Si cambiábamos el código de ARN de veinte letras para que coincidiera con la secuencia de un gen humano específico y trasplantábamos Cas9 y el nuevo ARN guía a las células humanas, CRISPR haría un corte quirúrgico en el gen diana, marcando el sitio para su reparación. Al cortar el ADN, CRISPR activaría una alerta roja induciendo a la célula a reparar el daño, pero de un modo que podíamos controlar.

El uso de CRISPR en células humanas, como propusimos, confirmaría el poder de este nuevo método de edición génica. Y había buenas razones para esperar que tuviera éxito. Nuestra propia investigación había revelado que la proteína Cas9 y su ARN guía eran muy selectivos con sus compañeros, a los que se unía fuertemente, lo que hacía pensar que no tendrían problemas para encontrarse en la célula humana. Con respecto a enviarlos al núcleo celular, donde se localiza el ADN, podríamos proveerlas de un código postal que permitiera que la célula hiciera el trabajo por nosotros. Gran cantidad de laboratorios habían tenido éxito antes que nosotros trasplantando proteínas y moléculas de ARN de bacterias a células humanas, y teníamos muchas herramientas moleculares a nuestra disposición que podríamos utilizar para que CRISPR funcionara eficientemente fuera de su ambiente natural.

Solo teníamos que demostrar que funcionaba como se esperaba.

Martin comenzó por transferir el ADN bacteriano que codifica Cas9 y el ARN derivado de CRISPR en dos plásmidos, pequeños anillos de ADN que actúan como minicromosomas artificiales. El primer plásmido contenía las instrucciones genéticas para formar el ARN guía e instrucciones separadas que inducían a las células humanas a producirlo en grandes cantidades. El segundo plásmido contenía el gen de cas9, pero «humanizado» para que pudiera ser interpretado por las factorías de síntesis de proteína de las células humanas. Martin también fusionó el gen cas9 a dos genes utilizados habitualmente por los científicos: uno diminuto, llamado «señal de localización nuclear», que dirigía la proteína al núcleo celular, y la proteína verde fluorescente que permitiría que cualquier célula humana que produjera Cas9 fuera fluorescente cuando se la expusiera a la luz ultravioleta.

Combinando todos estos fragmentos de distintas moléculas, Martin y yo nos proponíamos convertir las células humanas en fábricas que produjeran moléculas programadas para localizar y cortar su propio genoma. Sabíamos que CRISPR no destruiría a las células humanas por cortar su ADN del modo en que destruía a los virus tras cortar el ADN viral en la bacteria. Los seres humanos (al igual que los demás organismos eucariotas) sufren daños en el ADN constantemente. Las células han desarrollado complicados sistemas de reparación de ADN para arreglar las roturas de doble cadena que ocurren cuando se exponen a carcinógenos, luz ultravioleta o rayos X, por ejemplo. Así que, en el caso más sencillo, cuando CRISPR cortara con éxito un gen, la célula simplemente respondería pegando el ADN de nuevo, de forma parecida a cuando dos tubos de metal se juntan al soldarse. Los científicos llaman a este proceso «unión de extremos no homólogos», ya que, al contrario que en la recombinación homóloga, el arreglo no requiere un molde de reparación coincidente. («Homólogo» deriva del término griego homologos, que significa ‘acorde’).

Una propiedad inherente a este tipo de reparación es su tosquedad. Al igual que un soldador tiene que asegurarse de que las dos tuberías tienen los extremos bien cortados antes de unirlos, la célula tiene que asegurar que los trozos de ADN rotos tienen extremos limpios antes de unirlos de nuevo. Generar extremos limpios a veces implica la deleción o inserción de unas cuantas letras de ADN, lo que provoca cambios genéticos permanentes una vez que se completa el proceso de reparación. Esto significaba que, casi con total seguridad, el gen se alteraría después de que CRISPR lo seleccionase y lo cortase y la célula lo reparase. Esta reparación caótica conducente a error nos proporcionaría a Martin y a mí una manera sencilla de detectar si la edición génica había tenido éxito. Mediante la selección de un gen específico y el análisis de su secuencia de ADN letra por letra antes y después del tratamiento con CRISPR, encontraríamos indicios de reparaciones imperfectas que probarían que CRISPR había localizado y cortado su diana.

Martin y yo decidimos programar CRISPR para que seleccionara el gen humano de la cadena ligera de clatrina A, llamado CLTA e involucrado en la endocitosis, un proceso que usan las células para internalizar nutrientes y hormonas. Nosotros no estábamos estudiando la endocitosis, pero el gen CLTA ya se había editado anteriormente con la tecnología ZFN en el laboratorio del profesor David Drubin, también en Berkeley. De modo que sabíamos que la edición de este gen era posible y que probar CRISPR simultáneamente con ZFN nos permitiría comparar y contrastar ambas técnicas. Hay que tener en cuenta que construir la herramienta ZFN para editar CLTA había llevado varios meses y la colaboración fundamental de una empresa que había suministrado al equipo de David las ZFN gratis (el precio en aquel momento —veinticinco mil dólares por ZFN— era prohibitivo). En absoluto contraste, diseñar la versión análoga de CRISPR le llevó a Martin unos minutos sentado frente al ordenador y la pudo generar por solo unas decenas de dólares. Después de todo, este era uno de los grandes atributos de CRISPR: que modificar genes concretos era enormemente fácil. Todo lo que se necesitaba hacer era seleccionar las secuencias de veinte letras a editar y convertir esa secuencia en un código de veinte letras de ARN. Una vez en la célula, el ARN se uniría a su ADN complementario por el apareamiento de bases y Cas9 cortaría el ADN.

El campo de pruebas de nuestro primer experimento de edición génica sería una línea de células embrionarias de riñón llamada HEK 293. Generadas inicialmente en 1973 a partir de células de riñón provenientes de un feto abortado, las HEK 293 se habían hecho populares entre los biólogos celulares porque eran sencillas de cultivar en el laboratorio y por la facilidad con la que aceptaban ADN extraño. Cuando mezcláramos los dos plásmidos —uno con las instrucciones genéticas para hacer Cas9 y el otro para hacer el ARN guía— en una solución jabonosa de moléculas denominadas «lípidos», los minicromosomas (plásmidos) quedarían envueltos espontáneamente en bolitas microscópicas de grasa, como las gotitas de grasa que flotan en la superficie del caldo de pollo. Después de añadir esta mezcla a las células HEK 293, las bolitas de grasa se fusionarían con la membrana celular soltando el contenido de ADN en el interior de la célula. Una vez dentro, el ADN se copiaría, transcribiría y traduciría produciendo la proteína Cas9 y el ARN guía específico para CTLA . La maquinaria de corte del ADN tendría que entrar en el núcleo, donde se encontraba nuestra secuencia de ADN diana. Ahí necesitaría localizar y cortar la secuencia de veinte letras correcta y la célula tendría que reparar el ADN roto de tal modo que lo pudiéramos detectar.

Los experimentos de Martin demostraron enseguida que, en efecto, los minicromosomas estaban permitiendo a las células humanas generar los componentes de CRISPR. Cuando Martin examinó las células al microscopio, observó un porcentaje alto de células verde brillante, lo que solo podía ser debido a que estuvieran produciendo Cas9 fusionada a la proteína verde fluorescente. Tras recolectar algunas células y homogenizarlas triturándolas para analizar las diferentes moléculas de ARN en su interior, Martin también observó que las células de riñón estaban produciendo ingentes cantidades de ARN guía.

El trasplante de CRISPR de las células bacterianas a las células humanas había funcionado como esperábamos, y ya solo quedaba formular la última pregunta obvia: ¿CRISPR estaba editando el ADN humano?

FIGURA 13

Edición con CRISPR del ADN de células humanas

Martin y una joven estudiante que se había unido recientemente al proyecto, Alexandra East-Seletsky, homogenizaron más células, extrajeron el ADN y analizaron el gen CTLA . El resultado no dejaba lugar a dudas: el gen se había editado exactamente en el lugar que coincidía con la secuencia de ARN de CRISPR. Para una mirada inexperta, los resultados no parecían gran cosa —un puñado de bandas oscuras en una lámina fina de material gelatinoso—, pero sus implicaciones eran extraordinarias.

Con tan solo unos pocos pasos sencillos y rutinarios, Martin y yo habíamos seleccionado una secuencia arbitraria de ADN entre los 3.200 millones de letras del genoma humano, diseñado una versión de CRISPR para editarla y observado cómo la diminuta maquinaria molecular reprogramada actuaba; todo eso, en células humanas vivas. Con este triunfo habíamos validado nuestra nueva tecnología, que ofrecía a los científicos la increíble capacidad de reescribir el código de la vida con precisión quirúrgica y sorprendente facilidad. En muy poco tiempo, CRISPR había logrado alcanzar el nivel de otras tecnologías de edición génica que habían requerido casi veinte años de investigación y desarrollo.

En lo que parecía una repetición de las prisas de medio año antes, cuando publicamos la investigación con Krzysztof y Emmanuelle, escribimos un manuscrito describiendo nuestros últimos resultados. Mientras que nuestro primer manuscrito de 2012 había presentado las directrices para aplicar CRISPR como una nueva plataforma de edición génica en células, el segundo era una clara demostración y confirmación del poder del nuevo sistema.

A medida que 2012 se acercaba a su fin, observé que, ironías del destino, la revista Science, que había publicado nuestro trabajo sobre CRISPR hacía tan solo seis meses, elegía la edición génica como una de las innovaciones finalistas del año (el primer premio se lo llevó el bosón de Higgs), pero resaltando TALEN, una tecnología descubierta antes de nuestro trabajo con CRISPR. Me pregunté qué más tendría CRISPR reservado a la comunidad científica.

Para mi gran satisfacción, las primeras semanas de 2013 estuvieron marcadas por la publicación de cinco artículos sobre CRISPR además del nuestro, y todos describían experimentos similares usando el sistema para editar genes en células como habíamos propuesto en 2012 ⁵⁹ . Tanto el profesor Feng Zhang del MIT como el profesor George Church de Harvard se habían puesto en contactado conmigo para avisarme de sus inminentes publicaciones. Los artículos de Zhang y Church aparecieron en Internet en la revista Science a principios de enero, seguidos un poco más tarde ese mismo mes por mi artículo con Martin y otros tres artículos de los laboratorios del profesor Jin-Soo Kim de la Universidad Nacional de Seúl, el profesor de la Universidad Rockefeller Luciano Marraffini y el profesor de la Harvard Medical School Keith Joung.

Fue un momento embriagador. Estaba entusiasmada porque el trabajo que había publicado con Emmanuelle el verano anterior había inspirado a otros a seguir una línea experimental similar a la nuestra. Solo que después los contenidos y fechas de publicación de estos trabajos serían objeto de un análisis riguroso para apoyar una disputa sobre los derechos de patente de CRISPR, un giro descorazonador de lo que había comenzado con interacciones entre colegas y una genuina emoción compartida sobre las implicaciones de esta investigación.

Cuando comparé los seis artículos, me di cuenta de que entre todos habían editado más de una docena de genes distintos. Y aún más interesante que la diversidad de secuencias de ADN editadas era la diversidad de tipos celulares editados. Además de editar células embrionarias de riñón, CRISPR se había programado para cortar ADN de células leucémicas humanas, células madre humanas, células de neuroblastoma de ratón, células bacterianas e incluso embriones de una célula del pez cebra, un organismo modelo muy usado en estudios genéticos. CRISPR no solo estaba mostrando ciertos signos de éxito; estaba exhibiendo una versatilidad increíble. Mientras la proteína Cas9 estuviera presente y el ARN guía tuviera un código de veinte letras que coincidiera con un código de veinte letras de ADN, daba la impresión de que prácticamente cualquier gen de cualquier célula podría ser seleccionado, cortado y editado.

La emoción en torno a CRISPR se intensificó en mayo, cuando el laboratorio de Rudolf Jaenisch del MIT anunció la generación de ratones editados genéticamente usando CRISPR ⁶⁰ . Hacía tan solo seis años se les había concedido el Premio Nobel en Fisiología o Medicina a varios científicos por desarrollar métodos para introducir cambios genéticos en ratones, el animal usado comúnmente para estudios de genética en mamíferos. Durante más de dos décadas, este efectivo aunque laborioso método había sido el mejor modo —realmente el único— de replicar en ratones las mutaciones humanas causantes de enfermedad o de cáncer. Allá por 1974, el propio Jaenish había sido el primero en crear un ratón transgénico que contenía material genético extraño, y, de nuevo, quince años después acaparó titulares por ser uno de los primeros en adoptar la técnica ganadora del Premio Nobel. Pero ahora el éxito de Jaenisch con CRISPR sacó a la luz una nueva tecnología que no solo sustituía a la anterior, sino que también sugería un modo de editar el genoma de otros animales sin dejar huella.

FIGURA 14

Creación de ratones editados genéticamente con CRISPR

El anterior sistema de modificación génica requería células madre embrionarias, gran cantidad de retrocruzamientos o entrecruzamientos y muchas generaciones de ratones; no era infrecuente que una tesis doctoral completa culminara con la producción y caracterización de tan solo una línea de ratón modificada genéticamente. El equipo de Jaenisch empleó CRISPR para conseguir la misma hazaña en tan solo un mes usando un protocolo simplificado: microinyección de los componentes de CRISPR directamente en embriones de una célula, seguida de la implantación de los embriones editados genéticamente en el útero de la hembra. Además, mostraron que CRISPR se podía programar no solo con un ARN guía, sino con múltiples guías distintas a la vez, haciendo que Cas9 cortara simultáneamente varias secuencias de ADN en los embriones de ratón. Este tipo de edición génica múltiple en un solo paso no se había conseguido antes en ratones.

Una de las cosas más interesantes del estudio de Jaenisch —al menos para los genetistas que trabajaban con animales distintos al ratón— era que revelaba una forma sencilla de editar genes en casi cualquier organismo. Mientras que la técnica original que empleaba células madre embrionarias solo se podía utilizar en ratones, daba la impresión de que CRISPR podía inyectarse en las células germinales de cualquier especie (óvulos y espermatozoides) o en embriones, y los cambios genéticos resultantes se copiarían fielmente en todas las células transmitiéndose a las siguientes generaciones para siempre. En ese momento no imaginé que la extensión de CRISPR a embriones humanos suscitaría una de las mayores controversias en las que CRISPR se ha visto implicada; una en la que pronto me vería involucrada.

En el verano de 2013, mientras me maravillaba de la velocidad con la que CRISPR se estaba diseminando, comencé a llevar una lista de los distintos tipos celulares y organismos cuyos genomas se habían editado utilizando esta tecnología. Al principio la lista era manejable, incluyendo entre enero y febrero al pez cebra y a células en cultivo de bacterias, de ratón y humanas, seguidas por levaduras, moscas del vinagre y gusanos microscópicos. A finales de ese año, la lista incluía ratas, ranas y gusanos de seda. A finales de 2014 se habían añadido conejos, cerdos, cabras, ascidias y monos, después de lo cual, como reconocí ante la audiencia con la que compartí esta lista en los seminarios, la verdad es que perdí la cuenta. Ser testigo de cómo las proteínas y las moléculas de ARN que en la naturaleza sirven como defensas antivirales eran utilizadas en todo el reino animal para cortar y editar con precisión secuencias de ADN me dejaba sin aliento.

Y no eran solo los animales. Los biólogos de plantas, aunque entraron un poco más tarde en escena, revelaron el increíble potencial de CRISPR para editar el ADN en cultivos y otras especies de plantas. En un repunte de publicaciones en el otoño de 2013 describían el uso con éxito de CRISPR en cultivos básicos como arroz, sorgo y trigo, y un año más tarde la lista de plantas se había extendido para incluir soja, tomates, naranjas y maíz.

La lista de plantas y animales «CRISPRizados» continúa creciendo. En 2016, los científicos habían editado ADN en todo, desde repollo, pepinos, patatas y champiñones hasta perros, hurones, escarabajos y mariposas. Incluso los genomas de los virus, esas entidades biológicas a caballo entre la materia viva y la inanimada —ya que carecen de capacidad para replicarse autónomamente pero poseen material genético—, han sido reescritos usando CRISPR, el mismo sistema bacteriano que evolucionó para destruirlos.

Entretanto, aunque los Homo sapiens adultos se encuentran entre los últimos animales en ser tratados con CRISPR, las células humanas han sido sometidas a más edición génica con CRISPR que las de ningún otro organismo. Los científicos han aplicado CRISPR en células de pulmón para corregir la mutación que causa la fibrosis quística, en células sanguíneas para corregir las mutaciones causantes de la anemia falciforme y la beta-talasemia y en células musculares para corregir las mutaciones que causan la distrofia muscular de Duchenne. Han usado CRISPR para editar y reparar mutaciones en células madre, a las que luego se les puede persuadir para que se transformen en prácticamente cualquier célula o tejido del cuerpo. Y también han usado CRISPR para editar miles de genes en células cancerígenas humanas intentando descubrir nuevas dianas para medicamentos y nuevas terapias.

Si había algo más emocionante que ver CRISPR utilizado en casi cualquier especie imaginable, era contemplar cómo se estiraban y expandían los límites de la edición génica. Allá por los años ochenta, los científicos quedaban satisfechos editando genes individualmente con una eficiencia menor del uno por ciento. A principios de los 2000, las eficiencias aumentaron hasta porcentajes de un dígito y se hizo posible alterar los genes de dos maneras nuevas. Pero con CRISPR, la edición génica ya era tan poderosa y polifacética que se referían a ella como ingeniería genética, un reflejo de la suprema maestría que los científicos poseían sobre el material genético de la célula viva.

Con la aplicación de CRISPR en un gran número de organismos distintos, los científicos han desarrollado y refinado una multitud de tácticas para la edición del ADN. Además de cortar el ADN e insertar secuencias nuevas en el genoma diana, ahora también pueden inactivar genes, reorganizar las secuencias del código genético e incluso corregir equivocaciones de una sola letra, como me demostró Kiran Musunuru cuando visité su laboratorio. A su vez, estos avances han permitido a los científicos realizar nuevos tipos de experimentos en el reino animal y vegetal, incluyendo nuestra propia especie. Así que, antes de que continuemos con estas aplicaciones de la edición génica, es importante que entendamos la versatilidad de esta increíble herramienta.

* * *

En la primavera de 2014, el profesor de ciencias de sexto de primaria de mi hijo Andrew me pidió que visitara su clase y explicara CRISPR a los estudiantes. La invitación me produjo gran satisfacción pero a la vez me puso un poco nerviosa. ¿Cómo iba a describir la edición génica a un grupo de chavales que solo tenían un conocimiento básico del ADN?

Decidí llevar el modelo impreso en 3D de la proteína Cas9 y su ARN guía unidos al ADN. Este modelo se había convertido en el elemento central de mi oficina, con el ARN en naranja eléctrico y el ADN en azul brillante entrelazándose con la proteína blanca como la nieve unidos por imanes y formando una unidad del tamaño de una pelota de fútbol. Imaginé que los detalles moleculares serían demasiado para los chavales; pensé que haría circular la pelota para que la pudieran ver de cerca.

Subestimé la curiosidad de los estudiantes. Tan pronto como les pasé el modelo, se les ocurrió cómo romper el ADN allí donde Cas9 corta y cómo meter y sacar el ADN del conjunto. ¡No había ninguna razón para estar preocupada por comunicar un concepto complejo!

Como expliqué a la clase, CRISPR puede describirse como un par de tijeras moleculares de diseño por su función principal: encontrar una secuencia específica de veinte letras de ADN y cortar ambas cadenas de la doble hélice. Y aun así, los tipos de edición génica que los científicos pueden conseguir con esta tecnología son increíblemente diversos. Por eso es mejor no describir CRISPR como unas tijeras, sino como una navaja suiza, una herramienta con una panoplia de utilidades, todas las cuales surgen de la misma maquinaria molecular.

El uso más sencillo de CRISPR es también el que está siendo más extensamente utilizado: emplearlo para cortar una secuencia específica de un gen y permitir a la célula reparar el daño reconectando las cadenas. Este proceso chapucero conducente a error deja evidencias acusadoras, pequeñas inserciones o deleciones del ADN (conocidas como «indels») flanqueando las secuencias que fueron cortadas por CRISPR. Aunque los científicos no pueden controlar de modo exacto cómo se repara el ADN en este uso particular de CRISPR, se han dado cuenta de lo útil que es este tipo de edición génica.

Los genes, después de todo, no son más que los portadores de la información, como los planos de una casa; la meta de la edición génica no es solamente alterar los planos, sino cambiar la forma de la estructura que se construye. En muchos casos esto significa alterar las proteínas que codifican los genes y producen las células cuando las expresan.

De acuerdo con el dogma central de la biología molecular, la expresión génica es el proceso por el cual las letras del ADN se traducen en proteínas funcionales. Primero se hace una copia temporal del ADN en el núcleo celular, llamada «ARN mensajero» (o ARNm). Al igual que la cadena de ADN, el ARNm es una cadena de letras y su secuencia coincide con la del ADN que copió (la única diferencia principal es que la T se reemplaza por la U). El ARNm se exporta del núcleo celular y se lleva a una fábrica productora de proteínas llamada «ribosoma», que traduce el lenguaje de cuatro letras del ARN (A, C, G, U) en el lenguaje de veinte letras de las proteínas (los veinte aminoácidos). Esta traducción se hace de acuerdo con el código genético, que está cifrado de modo que cada combinación de tres letras de ARN, llamada «codón», instruye al ribosoma qué aminoácido específico debe añadir. (Con sesenta y cuatro combinaciones posibles de codones pero solo veinte aminoácidos, muchos codones codifican para el mismo aminoácido, y tres codones sirven como señales de finalización para terminar la síntesis de proteína.) El ribosoma comienza desde un extremo del ARNm leyendo consecutivamente un codón después de otro, a la vez que añade los aminoácidos correspondientes a la cadena de proteína en crecimiento hasta alcanzar el otro extremo del ARNm; el proceso se parece a la construcción de un coche en una cadena de montaje. Un elemento crítico de este sistema es que el ribosoma debe mantenerse en el marco de lectura correcto de tres letras; incluso el menor tropezón puede afectar dramática y calamitosamente a toda la traducción.

FIGURA 15

Generación de genes noqueados mediante CRISPR

Para apreciar esto más claramente, imaginen la consecuencia de saltarse la primera letra de la frase El perro mordió al cartero en la pierna pero reteniendo el mismo número de letras por palabra. Quedaría una frase sin sentido: Lp errom ordióa lc arteroe nl ap ierna . Si un ribosoma hiciera eso mientras lee el código genético, el confuso mensaje resultaría en una proteína patas arriba que contendría una secuencia completamente incorrecta de aminoácidos. Además de eso, si el mensaje distorsionado contuviera uno de los tres codones de terminación, el proceso de traducción terminaría prematuramente. La expresión génica quedaría interrumpida.

Aquí radica el poder más básico de CRISPR: puede destruir la capacidad del gen para producir proteínas funcionales. Si un gen editado con CRISPR acaba con una pequeña inserción o deleción, el ARNm correspondiente producido por ese gen estará afectado de modo similar. Y la mayoría de las veces, las letras extra o que faltan desorganizarán el estricto agrupamiento de tres letras del código genético, de modo que la proteína estará terriblemente mutada o, lo que es más frecuente, no se producirá en absoluto. En cualquier caso, la proteína no podrá desempeñar su papel normal. Cuando pasa esto, los genetistas dicen que el gen está noqueado, o KO, como en el boxeo, ya que la función del gen se ha eliminado.

Cuando los genetistas animales comenzaron a usar CRISPR, buscaban crear genes noqueados que fueran sencillos de reconocer. Una de sus dianas favoritas era TYR . Surgido hace más de 500 millones de años, el gen TYR está presente en animales, plantas y hongos; produce una proteína llamada tirosinasa que está involucrada en la síntesis de un pigmento fundamental, la melanina. Las mutaciones de TYR en seres humanos causan una deficiencia en tirosinasa produciendo albinismo de tipo I, una afección asociada a problemas de visión, palidez de la piel por falta de pigmentación y ojos rojos. Si se programara CRISPR para editar la versión del gen TYR del ratón, ¿causaría albinismo? En 2014, un equipo de investigación de la Universidad de Texas diseñó CRISPR para localizar una secuencia de ADN de veinte letras del gen TYR y lo inyectaron en óvulos fertilizados ⁶¹ . Los nacimientos resultantes eran muy llamativos; aunque todas las crías de ratón tenían padres normales de pelo oscuro, muchas de las crías eran completamente blancas y de ojos rojos. Este resultado solo podía explicarse por la existencia de mutaciones en el ADN que pusieran patas arriba el desciframiento del gen TYR . Cambiar la piel, el pelo y el color de ojos del ratón era el efecto más evidente y profundo que se pudiera desear.

Aunque la secuenciación del ADN confirmó que la edición génica había ocurrido, la gracia de elegir el gen TYR como diana era que los investigadores podían comprobar el resultado visualmente. Simplemente contar cuántas crías de ratón eran negras (las crías en las que la edición génica no había ocurrido) y cuántas eran blancas (las crías en las que la edición génica sí había ocurrido) daba una medida extraordinariamente ajustada de la eficiencia de CRISPR. En el estudio de Texas, solo un 11 por ciento de los ratones descendientes eran completamente albinos, y las fotos de las camadas revelaban un montón de crías de color sal y pimienta, con bastante más pimienta que sal. Apenas un año más tarde, un equipo de investigación japonés repitió el mismo experimento pero con algunos ajustes menores y consiguieron eficiencias del 97 por ciento: treinta y nueve de las cuarenta crías mostraban un exterior albino radiante y homogéneo ⁶² . En cuestión de semanas, el grupo había alterado permanentemente y con precisión la composición de una generación completa de animales (y de su futura progenie) de un modo que la naturaleza jamás había previsto.

Noquear genes es solo una de las muchas estrategias de la edición génica que los investigadores han perfeccionado con CRISPR. Con frecuencia, los ingenieros genéticos tienen que hacer algo más que mutar genes indiscriminadamente mediante inserciones o deleciones aleatorias en el ADN. Después de todo, una de las metas de la edición génica, al menos en términos de aplicación médica, es curar enfermedades, la gran mayoría de las cuales se originan por mutaciones hereditarias que inactivan genes críticos. En estos casos, noquear un gen va a ser inútil, ya que los pacientes están afectados por tener genes no funcionales. Lo que necesitan los científicos es una manera de localizar el gen, editarlo y corregir errores en letras únicas del ADN.

Afortunadamente las células poseen la maquinaria para llevar a cabo un segundo tipo de reparación mucho más preciso y controlado que simplemente pegar de nuevo el ADN roto. En lugar de unir segmentos de ADN sin ninguna relación entre sus secuencias, este modo alternativo —una ruta que los primeros investigadores en edición génica aprovecharon— une exclusivamente segmentos de ADN que tienen secuencias similares. Este comportamiento puntilloso explica los dos términos sinónimos que designan el proceso: recombinación homóloga y reparación dirigida por homología .

La recombinación homóloga es parecida al modo en que una fotógrafa montaría un paisaje panorámico a partir de tres fotos solapantes. Para conseguir que el alineamiento sea correcto, tiene que solapar los laterales de la foto central con las regiones internas de las fotos laterales. Si la parte central de la panorámica se cortara o se dañara, podría hacer un duplicado de la foto central original y usar el mismo principio de coincidencia para reconstruir la panorámica. Y si el paisaje real cambiara —digamos que se construyera una nueva torre o se cayera un gran árbol—, podría actualizar la panorámica sin dejar rastro usando el mismo planteamiento de introducir una nueva foto.

Resulta que, en la célula, las enzimas llevan a cabo operaciones análogas cortando y pegando un panorama representado por el ADN. La opción de reparación que ya hemos discutido, la unión de extremos conducente a errores, ocurre cuando las células se encuentran con un cromosoma roto y unen los extremos al azar, como si la fotógrafa ensamblase un panorama al que le faltara una parte del paisaje. Pero cuando una célula se encuentra con un cromosoma roto y también con un segundo trozo de ADN que coincide con ambos extremos rotos —un molde de reparación, parecido

FIGURA 16

Recombinación homóloga con CRISPR

a una copia duplicada de la fotógrafa—, elige la mejor opción: pega el fragmento de ADN al cromosoma roto mientras mantiene el solapamiento perfecto entre los extremos coincidentes. Esta estrategia implica que una mutación dañina en o cerca del sitio seleccionado por CRISPR puede quedar reemplazada permanentemente con la copia correcta de la nueva secuencia de ADN. Mientras los investigadores combinen CRISPR con un molde de reparación que coincida con el área del gen roto, la célula tomará gustosamente la parte de repuesto y la usará para parchear el daño.

FIGURA 17

Deleción o inversión génica con CRISPR

Además de ajustar genes de modo sutil usando reparación conducente a error (no homóloga) o precisa (homóloga), los investigadores han empleado CRISPR para eliminar o voltear largas hileras de ADN, lo que les permite alterar una región mucho más larga del genoma. El método aprovecha el hecho de que las células hacen casi cualquier cosa con tal de mantener la integridad del cromosoma. Cargando Cas9 con dos moléculas de ARN guía diferentes, los investigadores pueden programar CRISPR para cortar el cromosoma en dos genes adyacentes; la célula sobrevive al ataque reensamblando el cromosoma tras elegir una de las tres opciones posibles.

Al encontrar la célula el doble de extremos de ADN con los que enfrentarse, su primera opción es activar el mecanismo de unión de extremos a toda máquina y arreglar los dos sitios dañados simultáneamente pegando todo de nuevo. Sin embargo, frecuentemente el margen de tiempo para llevar a cabo esta reparación es estrecho, dado el movimiento constante, rápido y desorganizado de las moléculas en la célula. Si el segmento de ADN entre los dos sitios de corte se aleja por difusión, la célula se planta con la segunda opción, en la cual el segmento intermedio se pierde y los extremos más apartados se unen. Este tipo de reparación es comparable al modo en que los antiguos censores eliminaban escenas del rollo de una película: simplemente cortaban la película en dos lugares —al principio y al final de la escena—, descartaban los fotogramas eliminados y juntaban los extremos.

La tercera opción de reparación supone la inversión del segmento de ADN intermedio. En este caso la secuencia intermedia es zarandeada de tal modo que queda más o menos en el mismo sitio pero del revés, de manera que el extremo anterior queda donde el extremo posterior solía estar y viceversa. Las mismas enzimas que reparan la unión de extremos juntarán la pieza separada sin prestar atención a su orientación.

Hay otra categoría de aplicaciones de CRISPR que no tienen que ver con la edición génica. En lugar de utilizar la capacidad de CRISPR de cortar el ADN, los científicos rompen, literalmente, la herramienta a propósito. Al inhabilitar intencionadamente las tijeras moleculares, pueden controlar a distancia el genoma; no por la edición permanentemente del ADN, sino cambiando el modo en que el ADN se interpreta, traduce y expresa. Del mismo modo que unos hilos invisibles otorgan al titiritero un control casi absoluto sobre las acciones y movimientos de la marioneta, esta versión de CRISPR incapaz de cortar permite a los científicos controlar los comportamientos y outputs de la célula.

De hecho, el trabajo preliminar para esta función de titiritero se había establecido en mi laboratorio al comienzo de la investigación en CRISPR-Cas9. Las proteínas están compuestas típicamente por cientos o miles de aminoácidos que forman sus bloques de construcción, una gran mayoría de los cuales están ahí para definir la forma tridimensional de la proteína; solo unos cuantos aminoácidos aportan su contribución en los grupos químicos críticos que permiten a la enzima catalizar reacciones específicas. Cuando Martin Jinek comenzó a caracterizar la función bioquímica de Cas9, demostró exactamente qué aminoácidos de la enzima cortaban químicamente, o separaban, cada cadena de la doble hélice del ADN. Mutando esos aminoácidos, creó una versión de Cas9 que había perdido completamente la capacidad de cortar el ADN pero que, esto es importante, todavía podía interaccionar con el ARN guía y unirse estrechamente a las secuencias de ADN coincidentes. Habíamos roto el núcleo catalítico, pero la Cas9 inactivada todavía conservaba parte de su función: podía buscar y localizar secuencias específicas de ADN en el genoma, pero no podía cortarlas. Virginijus Siksnys y sus colegas publicaron resultados similares ⁶³ .

A no mucha distancia, Stanley Qi, un estudiante de tesis de Berkeley, estaba montando su propio laboratorio en la Universidad de California, San Francisco (UCSF). Trabajando con Jonathan Weissman y Wendell Lim, ambos profesores de UCSF, Stanley demostró que una forma inactivada de CRISPR tenía utilidad para manipular el genoma ⁶⁴ . En lugar de introducir cambios genéticos permanentes editando el ADN, el CRISPR inactivado permitía a los científicos hacer cambios temporales que no alterasen la información genética subyacente de la célula pero que, aun así, afectaran a cómo se expresaba la información genética. En concreto, transformó CRISPR en un regulador de la expresión génica que podía encender o apagar genes, o incrementar o disminuir su expresión del mismo modo que un regulador de intensidad ajusta la iluminación.

El sistema CRISPR inactivado funciona como una mula de carga molecular. En lugar de localizar los genes diana con el propósito de cortar su ADN, los científicos combinan Cas9 o el ARN guía para cargarlos con proteínas y luego programan CRISPR para transportar esas cargas a genes específicos de la célula. La carga se compone de moléculas que influyen en cómo se expresan los genes, ya sea incrementando o reduciendo su output funcional.

El control de la expresión génica —los complejos y solapantes inputs que gobiernan cuándo y durante cuánto tiempo la información genética contenida en forma de ADN se va a convertir en proteína— es posiblemente tan importante para la biología como la misma información genética subyacente. La casi totalidad de los cerca de 50 billones de células que aproximadamente forman el cuerpo humano contienen el mismo genoma, y sin embargo estas células tienen formas y tamaños increíblemente diversos y están organizadas en órganos complejos con diferentes propiedades y funciones. Algunas células atacan patógenos en la sangre, otras se estiran y contraen para bombear la sangre por el cuerpo y aun otras almacenan recuerdos en el sistema nervioso central; lo único que diferencia a las células inmunes, las del corazón y las células del cerebro es el patrón de expresión génica que las creó. Además, a menudo las mutaciones genéticas causantes del cáncer y las enfermedades tienen graves efectos no porque inactiven completamente a los genes, sino porque hacen que los genes se expresen de manera incorrecta.

La capacidad de activar o interferir en la actividad génica es casi tan poderosa como la capacidad de editar los genes directamente. Piensen en la célula como la mayor sinfonía del mundo, compuesta por más de veinte mil instrumentos diferentes. En una célula sana que funcione correctamente, las diversas voces sinfónicas están perfectamente equilibradas; en células cancerosas malignas o en células infectadas este equilibrio se pierde, de modo que algunos instrumentos tocan demasiado alto y otros demasiado bajo. A veces, la edición del ADN es un planteamiento demasiado burdo para conseguir que la sinfonía recobre la normalidad; sería equivalente a retirar o reemplazar los instrumentos directamente. CRISPR inactivado es un sistema que ofrece un modo de ajustar cualquier instrumento de la orquesta —es decir, cualquier gen del genoma— con enorme precisión.

Equipados con la caja de herramientas completa que ofrece CRISPR, los científicos pueden ejercer ahora un control casi completo sobre la composición del genoma y su output . Eso se puede conseguir usando la unión tosca de los extremos o la recombinación homóloga precisa, mediante un corte o múltiples cortes o incluso sin ningún corte en absoluto, el número de posibilidades es inmenso. Y el ritmo de creación de nuevas herramientas no decelera. Los ingenieros genéticos han construido versiones fluorescentes de CRISPR para visualizar la organización tridimensional de los genes en las células; versiones que detectan el ARNm en lugar del ADN y proveen así de una técnica distinta de control genético; versiones que introducen códigos de barras en el genoma, permitiendo a los investigadores llevar un registro de la historia celular directamente usando el lenguaje del ADN, y podríamos seguir enumerando. A veces da la impresión de que las aplicaciones de ingeniería genética que CRISPR permite están limitadas, tan solo, por nuestra imaginación colectiva. A la vista de esta increíble versatilidad, creo que se puede afirmar con total seguridad que CRISPR continuará adoptándose como la herramienta elegida por todos los biólogos independientemente de su ámbito de trabajo.

Ha sido de lo más estimulante ver como estas increíbles posibilidades técnicas han dado fruto gracias al esfuerzo inicial de unas pocas docenas de científicos, luego de cientos, y más tarde incluso de miles, a medida que más y más investigadores adoptan el uso de las herramientas CRISPR. Como bien sabe cualquier inventor o innovador, cuando una invención es adoptada por otros, el sentimiento de satisfacción no tiene parangón. Su adopción generalizada es la manera más rápida de conseguir que una nueva tecnología se refine a toda velocidad.

La repentina explosión de investigación en CRISPR fue en parte el resultado de sus diversas capacidades y en parte el resultado de su amplio espectro de aplicación. A medida que las herramientas de CRISPR han aumentado, ninguna letra del genoma, ningún gen o combinación de genes está fuera de alcance. Como explicaré más adelante en otros capítulos, la utilización de este poder en seres humanos promete cambiar el tratamiento del cáncer y las enfermedades genéticas, y su aplicación en plantas y animales ofrece oportunidades para mejorar la producción de alimentos, erradicar ciertos patógenos e incluso resucitar especies extintas. No es sorprendente que, algunos meses después de que los primeros informes sobre la edición génica con CRISPR se publicaran, la revista Forbes predijera que esta tecnología iba a cambiar la biotecnología para siempre ⁶⁵ .

Pero la verdadera razón de que CRISPR estallara en la escena de la biotecnología con tal fuerza y vitalidad era su bajo coste y facilidad de uso. CRISPR permitió finalmente a todos los científicos usar la edición génica. Las herramientas anteriores —principalmente las ZFN y las TALEN— eran difíciles de diseñar y prohibitivamente caras. Por esta razón muchos laboratorios, incluyendo el mío, no estaban dispuestos a afrontar los retos de la investigación usando edición génica. Con CRISPR, sin embargo, los científicos pueden diseñar con facilidad una versión para escoger su gen o genes de interés, preparar la proteína Cas9 y el ARN guía requeridos y ejecutar por sí mismos los experimentos utilizando técnicas corrientes, todo ello en unos cuantos días y sin necesidad de ayuda externa. Lo único necesario para comenzar es una copia del cromosoma artificial, o plásmido, que contenga CRISPR. Esta necesidad queda cómodamente cubierta a escala masiva gracias a la organización sin ánimo de lucro Addgene, un exitoso repositorio y distribuidor de plásmidos en continua expansión.

Addgene es como Netflix, solo que para plásmidos. Cuando Martin y yo enviamos nuestro artículo, mandamos los plásmidos a Addgene para su custodia, del mismo modo que algunos estudios cinematográficos ceden sus películas a Netflix. Muchos otros laboratorios de investigación que producen plásmidos de CRISPR hacen lo mismo. Addgene mantiene el rastro de todos los plásmidos que tiene registrados, los publicita con sus especificaciones exactas en una página web y genera miles de copias para distribuir a sus clientes. El coste para los laboratorios académicos: en 2016, solamente sesenta y cinco dólares por plásmido. Al quitarles esta carga a los productores de plásmidos y satisfacer las solicitudes de los consumidores de plásmidos, Addgene ha contribuido a garantizar que cualquier laboratorio académico sin ánimo de lucro pueda conseguir material de investigación para sus requerimientos experimentales particulares, incluyendo el uso de la tecnología CRISPR. Solo en 2015, Addgene envió unos sesenta mil plásmidos relacionados con CRISPR a investigadores en más de ochenta países ⁶⁶ .

Los ordenadores también facilitan la edición génica más que nunca. Usando algoritmos avanzados que incorporan todos los principios relevantes de diseño, incluyendo datos empíricos de la literatura científica acerca de qué secuencias funcionan mejor, varios paquetes de software ofrecen a los investigadores un método automatizado directo para construir la mejor versión de CRISPR necesaria para editar un gen concreto. En lugar de hacer más vagos a los científicos, estos algoritmos han permitido uno de los experimentos más complejos y sofisticados de edición génica desarrollados hasta la fecha: el diseño de estudios masivos del genoma, en los cuales CRISPR se utiliza para editar todos y cada uno de sus genes.

Hoy, gracias a estas características de CRISPR, un científico novel con un entrenamiento básico puede realizar proezas que habrían sido inconcebibles hace tan solo unos años. Se ha convertido en una máxima de nuestro moderno campo: lo que antes requería años de trabajo en un sofisticado laboratorio de biología ahora lo puede realizar un estudiante de bachillerato en días. Algunos expertos han sugerido que con las herramientas actuales cualquiera puede poner en marcha un laboratorio de CRISPR por unos 2.000 dólares ⁶⁷ . Otros predicen un incremento de biohackers caseros, entusiastas tecnológicos que desean ponerse manos a la obra en la edición génica basada en CRISPR en su propia casa. CRISPR incluso se convirtió en la estrella de un proyecto de micromecenazgo colectivo que recaudó más de cincuenta mil dólares para generar y distribuir kits caseros de edición génica. Por 130 dólares, los donantes recibían «todo lo necesario para editar con precisión el genoma bacteriano en su propia casa» ⁶⁸ .

CRISPR ha puesto la edición génica a disposición de las masas y está listo para transformar lo que fue una práctica esotérica en un pasatiempo o una artesanía, similar a la fermentación de cerveza casera. (De hecho, la edición del genoma de la levadura para conseguir nuevos sabores es uno de los muchos usos curiosos e inesperados de CRISPR con que me he encontrado ⁶⁹ .) En muchos aspectos, esto es emocionante, pero hay algo inquietante en la rápida difusión de esta poderosa herramienta.

La democratización de CRISPR acelerará el proceso de investigación y desarrollo que he descrito en este capítulo, pero también conducirá a usos de esta tecnología para los que la gente aún no está preparada y cuyos efectos no estarán controlados entre las cuatro paredes de un laboratorio. Científicos de todo el mundo han comenzado a utilizar CRISPR de maneras que desafían a la imaginación, y no pasará mucho tiempo antes de que los genomas humanos reciban el mismo tratamiento.

¿Cómo empezaremos a medir los costes y beneficios de manipular nuestro propio código genético? ¿Seremos capaces de ponernos de acuerdo en cómo usar CRISPR correctamente y podremos evitar su uso abusivo?

Nuestro dominio sobre el código de la vida conlleva un nivel de responsabilidad para el que nosotros, como individuos y como especie, estamos escasamente preparados. En la siguiente parte de este libro trataré algunos de los dilemas que han surgido como resultado de la revolución CRISPR, así como las increíbles oportunidades de mejora que ha suscitado. Sopesar los peligros inherentes a una tecnología como CRISPR, considerando la responsabilidad de usar su poder para el beneficio de la humanidad y de nuestro planeta, será todo un desafío. Pero debemos afrontarlo. Considerando lo que está en juego, simplemente, no nos queda otra alternativa.

58 . G. Gasiunas et al., «Cas9-crRNA Ribonucleoprotein Complex Mediates Specific DNA Cleavage for Adaptive Immunity in Bacteria», Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 109 (2012): 86. 59 . L. Cong et al., «Multiplex Genome Engineering Using CRISPR/Cas Systems», Science 339 (2013): 819-823; P. Mali et al., «RNA-guided Human Genome Engineering via Cas9», Science 339 (2013): 823-826; M. Jinek et al., «RNA-programmed Genome Editing in Human Cells», eLife 2 (2013): e00471; W. Y. Hwang et al., «Efficient Genome Editing in Zebrafish Using a CRISPR- Cas System», Nature Biotechnology 31 (2013): 227-229; S. W. Cho, S. Kim, J. M. Kim y J.-S. Kim, «Targeted Genome Engineering in Human Cells with the Cas9 RNA-guided Endonuclease», Nature Biotechnology 31 (2013): 230-232; W. Jiang et al., «RNA-guided Editing of Bacterial Genomes Using CRISPR-Cas Systems», Nature Biotechnology 31 (2013): 233-239. 60 . H. Wang et al., «One-Step Generation of Mice Carrying Mutations in Multiple Genes by CRISPR/Cas-Mediated Genome Engineering», Cell 153 (2013): 910-918. 61 . S.-T. Yen et al., «Somatic Mosaicism and Allele Complexity Induced by CRISPR/Cas9 RNA Injections in Mouse Zygotes», Developmental Biology 393 (2014): 3-9 62 . G. A. Sunagawa et al., «Mammalian Reverse Genetics Without Crossing Reveals Nr3a as a Short-Sleeper Gene», Cell Reports 14 (2016): 662-677. 63 . Gasiunas et al., «Cas9-crRNA Ribonucleoprotein Complex Mediates Specific DNA Cleavage for adaptive inmunity in bacteria», Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 109 (2012): E2579-86. 64 . L. S. Qi et al., «Repurposing CRISPR as an RNA-Guided Platform for Sequence-Specific Control of Gene Expression», Cell 152 (2013): 1173-1183; L. A. Gilbert et al., «CRISPR-Mediated Modular RNA-Guided Regulation of Transcription in Eukaryotes», Cell 154 (2013): 442-451. 65 . M. Herper, «This Protein Could Change Biotech Forever», Forbes, 19 de marzo de 2013, www.forbes.com/sites/matthewherper/2013/03/19/the-protein-that-could-change-biotech-forever/#35f8f7c62063 . 66 . H. Ledford, «CRISPR: Gene Editing Is Just the Beginning», Nature News, 7 de marzo de 2016. 67 . K. Loria, «The Process Used to Edit the Genes of Human Embryos Is So Easy You Could Do It in a Community Bio-Hacker Space», Business Insider, 1 de mayo de 2015. 68 . J. Zayner, «DIY CRISPR Kits, Learn Modern Science by Doing», www.indiegogo.com/projects/diy-crispr-kits-learn-modern-science-by-doing#/ . 69 . E. Callaway, «Tapping Genetics for Better Beer», Nature 535 (2016): 484-486.

SEGUNDA PARTE
LA TAREA

5

EL ZOOLÓGICO DE CRISPR

Tomates que maduran en la despensa lentamente durante meses sin echarse a perder. Plantas que pueden resistir mejor el cambio climático. Mosquitos incapaces de transmitir malaria. Perros supermusculados que se convierten en temibles compañeros de policías y soldados. Vacas a las que ya no les crecen cuernos.

Estos organismos pueden parecer fantasiosos, pero de hecho ya existen gracias a la edición génica. Y son solo el principio. Mientras escribo esto, el mundo que nos rodea está siendo revolucionado por CRISPR, estemos o no listos para ello. En los próximos años, esta nueva biotecnología nos proporcionará cosechas de alto rendimiento, ganado más sano y comidas más nutritivas. En las próximas décadas puede que hayamos modificado genéticamente a los cerdos para que sirvan como donantes de órganos humanos, y puede que también tengamos mamuts lanudos, lagartos alados y unicornios. No, no estoy bromeando.

Me sorprende darme cuenta de que estamos en la antesala de una nueva era en la historia de la vida sobre la Tierra, una era en la que los seres humanos ejercerán un nivel de control sin precedentes sobre la composición genética de las especies junto a las que habitamos en nuestro planeta. No pasará mucho tiempo hasta que CRISPR nos permita moldear la naturaleza a nuestro antojo, como los seres humanos han soñado desde la prehistoria. Cuando ese deseo se dirija hacia algo constructivo, el resultado podrá ser fantástico, pero podría también tener consecuencias indeseadas o incluso calamitosas.

El impacto de las plantas y animales editados genéticamente ya se está haciendo notar en la comunidad científica. Por ejemplo, los investigadores han utilizado CRISPR para generar con mayor precisión y flexibilidad que antes modelos animales de enfermedades humanas, no solamente en ratones sino en el animal que mejor exhiba la enfermedad de interés, ya sean estos monos para el estudio del autismo, cerdos para el párkinson o hurones para la gripe. Uno de los aspectos más interesantes de la tecnología CRISPR es el modo en que permite el estudio de las características particulares de cada organismo, como la regeneración de las extremidades en la salamandra mexicana, el envejecimiento en los peces killi o el desarrollo del esqueleto en crustáceos. Me encantan las notas e imágenes que me envían mis colegas describiendo sus experimentos con CRISPR: los preciosos patrones de las alas de mariposa cuya base genética han desvelado, o la levadura infecciosa cuya capacidad para invadir tejidos humanos han diseccionado al nivel de genes individuales. Este tipo de experimentos revelan nuevas realidades sobre la naturaleza y sobre las similitudes genéticas que comparten todos los organismos. Me resultan increíblemente emocionantes.

En el otro extremo del espectro se encuentran las aplicaciones de edición génica más propias de la ciencia ficción que del contenido de una revista de investigación. Por ejemplo, me sorprendió enterarme de que varios grupos de investigación están utilizando CRISPR para «humanizar» varios genes en cerdos con la esperanza de que el peligro de muerte que supone la escasez de donantes de órganos se pueda resolver con los xenotrasplantes —la transferencia de órganos crecidos en cerdos (u otros animales) a receptores humanos—. En una demostración de los cambios estéticos que ahora se pueden llevar a cabo en animales, algunas empresas han usado técnicas de edición génica para crear mascotas de diseño, como los microcerdos editados genéticamente que nunca crecen más que un perrito. Y en lo que parece una página arrancada directamente de una famosa novela de ciencia ficción convertida en película, algunos laboratorios están intentando un proyecto conocido como desextinción, que no es nada menos que la resurrección de una especie extinta a través de la clonación o la ingeniería genética. Mi amiga Beth Shapiro, profesora de la Universidad de California, Santa Cruz, está ilusionada con el uso de esta estrategia para recrear especies de aves extintas y así estudiar el parentesco con especies modernas. Siguiendo el mismo criterio, se están haciendo esfuerzos usando CRISPR para convertir, trozo a trozo, el genoma del elefante en el genoma del mamut lanudo.

Irónicamente, CRISPR podría también tener el efecto contrario: forzar la extinción de animales indeseados u organismos patógenos. Sí: algún día no muy lejano, CRISPR se podrá emplear para eliminar completamente una especie; una aplicación que nunca se me habría ocurrido cuando mi laboratorio entró por primera vez hace tan solo diez años en el naciente campo del sistema inmune adaptativo bacteriano.

Algunos de los esfuerzos en esta y otras áreas de la naturaleza tienen un potencial enorme para la mejora y bienestar de la salud humana. Otros son frívolos, caprichosos o directamente peligrosos. Y cada vez soy más consciente de la necesidad de entender los riesgos de la edición génica, especialmente en vista de la velocidad a la que se está aplicando.

CRISPR nos otorga el poder de alterar radical e irreversiblemente la biosfera en que habitamos brindándonos el modo de reescribir las moléculas de la vida de la manera que queramos. De momento, no creo que haya suficiente debate acerca de las posibilidades que ofrece —para el bien, pero también para el mal—. Es un momento apasionante para las ciencias de la vida, pero no debemos dejarnos llevar. Es importante recordar que, aunque CRISPR tiene un enorme e indiscutible potencial para mejorar el mundo, juguetear con la genética subyacente de nuestro ecosistema puede tener consecuencias inesperadas. Tenemos la responsabilidad de considerar con antelación las posibles ramificaciones y entablar un debate global, público e inclusivo sobre cómo utilizar la edición génica de la naturaleza antes de que sea demasiado tarde.

En 2004, un grupo de científicos europeos resolvió un antiguo misterio que afectaba a los agricultores de cebada. Los investigadores descubrieron mutaciones génicas que hacían a las plantas resistentes a un hongo pernicioso que causaba una enfermedad denominada «mildiú pulverulento», una plaga que había atormentado durante mucho tiempo a los agricultores de cebada de alta calidad de toda Europa ¹ . El rastro de la variedad mutada resistente al hongo llevaba a semillas de cebada recolectadas en graneros del sudoeste de Etiopía durante expediciones a finales de los años treinta. Ahí, en algún momento después de la domesticación de la cebada (hará unos diez mil años), apareció espontáneamente una versión mutante llamada Mlo, que fue seleccionada por los agricultores deseosos de cultivar solamente las plantas con mejor aspecto y mayor rendimiento.

Este proceso evolutivo influido por los humanos —mutaciones naturales seleccionadas artificialmente en lugar de naturalmente— es el modo en el que se ha desarrollado la agricultura durante milenios. Como uno de los pioneros de la ingeniería agrícola, Luther Burbank, destacó en una conferencia en 1901, las especies no son fijas e inamovibles sino más bien «tan plásticas como la arcilla en manos de un alfarero o los colores en el lienzo de un artista, y pueden moldearse en formas y colores más bellos de los que ningún pintor o escultor jamás habría imaginado crear» ² . De hecho, el descubrimiento de la mutación protectora Mlo en la cebada se produjo en un campo de cultivo alemán que se irradió con rayos X en 1942 ³ . Los científicos habían descubierto que la exposición de las semillas a la irradiación (rayos X o rayos gamma, por ejemplo) o la aplicación de químicos que inducen mutaciones producían en el genoma nuevas mutaciones esporádicas con las cuales se podían obtener plantas con caracteres favorables.

Las líneas mutantes producidas utilizando estos métodos contienen alteraciones genéticas en cientos o incluso miles de genes distintos. Si entre esas alteraciones aleatorias algunas cepas coinciden en tener mutaciones similares, digamos en el gen Mlo, todas las plantas resultantes pueden mostrar el carácter deseado —en este caso resistencia al hongo— ⁴ . Una década después de la identificación en 2004 de la mutación protectora Mlo en cebada, la disrupción de este mismo gen se asoció con la resistencia al mildiú pulverulento en otras plantas. Esto sugirió la interesante posibilidad de que se pudiera dotar a muchos otros cultivos de resistencia al mildiú pulverulento alterando el gen Mlo .

Aquí reside la promesa de la edición génica. En comparación con los métodos tradicionales de cultivo —incluyendo mutagénesis natural, mutagénesis inducida usando rayos X o mutagénesis química e hibridación entre distintas especies de plantas (que inundan el genoma con miles de genes nuevos)—, CRISPR y sus tecnologías afines ofrecen a los científicos un nivel de control sobre el genoma sin parangón. Las posibilidades de esta nueva tecnología en agricultura me quedaron claras cuando, en 2014, científicos de la Academia de Ciencias China usaron herramientas de edición génica, incluyendo CRISPR, para alterar las seis copias del gen Mlo en Triticum aestivum, el trigo del pan, una de las cosechas básicas más importantes del mundo. Las plantas que tenían los seis genes Mlo mutados eran resistentes al mildiú pulverulento, un resultado fantástico, y mejor aún porque los investigadores no tenían que preocuparse de los efectos de otras mutaciones dañinas o indeseadas porque solo habían editado el gen Mlo . Ya sea porque los cambios deseados sean genes noqueados (como en Mlo), correcciones génicas, inserciones génicas o deleciones génicas, los científicos pueden alterar el genoma con una precisión sin precedentes, hasta en una única letra, y pueden hacerlo prácticamente para cualquier gen y cualquier secuencia de ADN.

FIGURA 18

Métodos para inducir mutaciones en el ADN de plantas

El mildiú pulverulento no es más que un ejemplo de los retos en agricultura que se pueden abordar con CRISPR. En los pocos años desde su introducción, CRISPR se ha utilizado para editar genes en arroz confiriéndole protección contra el tizón bacteriano, para proporcionar resistencia natural a los herbicidas en maíz, soja y patatas y para producir setas resistentes al oscurecimiento y al deterioro temprano ⁵ . Los científicos han usado CRISPR para editar el genoma de las naranjas de mesa ⁶ , y un grupo de investigadores en California ahora está intentando utilizar esta tecnología para salvar a la industria cítrica de EE. UU. de una enfermedad vegetal bacteriana llamada huanglongbing —un nombre chino que se traduciría por «enfermedad del dragón amarillo»— que ha devastado partes de Asia y ahora amenaza los huertos de Florida, Texas y California ⁷ . En Corea del Sur, el científico Jin-Soo Kim y sus colegas esperan que la edición génica de las bananas ayude a salvar de la extinción a la apreciada variedad Cavendish, amenazada por la difusión de un devastador hongo del suelo ⁸ . Y en otros lugares los investigadores están contemplando la posibilidad de insertar el sistema CRISPR bacteriano al completo, reprogramado para despedazar virus vegetales, proveyendo así a las cosechas con un nuevo sistema inmune antiviral ⁹ .

Me interesa especialmente la oportunidad de utilizar la edición génica para la producción de alimentos más sanos. Destacan dos ejemplos. El primero implica a las semillas de soja, que proveen alrededor de cincuenta millones de toneladas de aceite al año. Desafortunadamente, el aceite de soja contiene grandes cantidades de las poco saludables grasas trans, que se han asociado a elevados niveles de colesterol y enfermedades de corazón. Recientemente, los científicos de la alimentación de una empresa de Minnesota llamada Calyxt usaron la tecnología de edición génica TALEN para modificar genes de soja, generando un grano en el que se habían reducido drásticamente los insalubres ácidos grasos y que ofrecía un perfil de grasas más similar al del aceite de oliva ¹⁰ . Lo consiguieron sin causar mutaciones asociadas y sin introducir ningún ADN extraño.

El segundo ejemplo concierne a las patatas, la tercera cosecha más importante del mundo después del trigo y el arroz. El prolongado almacenaje en frío requerido para alargar la conservación de la patata puede causar endulzamiento inducido por frío, un fenómeno por el cual el almidón se convierte en azúcares como glucosa y fructosa. Cualquier procesamiento que requiera altas temperaturas —necesarias para hacer las patatas fritas caseras y de bolsa— convierte a estos azúcares en acrilamida, un químico neurotóxico y potencialmente carcinógeno. El endulzamiento por frío también es responsable de que las patatas fritas se pongan marrones y adquieran un sabor amargo que causa gran cantidad de desperdicios; las plantas procesadoras descartan anualmente el 15 por ciento de las patatas por esta razón. Usando la edición génica, los investigadores de Calyxt resolvieron el problema fácilmente en la variedad de patatas Ranger Russet: inactivaron el único gen productor de glucosa y fructosa. El resultado: una reducción del 70 por ciento en los niveles de acrilamida de las patatas fritas hechas con las patatas mejoradas, y sin que tomaran color marrón ¹¹ .

Los científicos del sector alimentario están entusiasmados con las ventajas de una edición génica sencilla. Pero aún hay un tema importante que nadie quiere abordar: ¿aceptarán los productores y los consumidores la edición génica del mismo modo que aceptaron los miles de cosechas cuyos genomas se habían mutado aleatoriamente con rayos X, rayos gamma y mutágenos químicos? ¿O las cosechas editadas genéticamente sufrirán el mismo destino que los OMG (Organismos Modificados Genéticamente), otro tipo de alimentos alterados genéticamente que ha sido objeto de una increíble y —en mi opinión— desinformada oposición a pesar de su enorme potencial beneficioso?

Mientras se extiende la tecnología CRISPR por el mundo, la política de la alimentación es una de las muchas áreas sobre las que me debo informar. A sabiendas de que los animales y las plantas editadas genéticamente van a compararse con los OMG, me he propuesto aclarar a qué se refieren los gobiernos de los distintos países y los grupos de presión cuando utilizan el término organismo modificado genéticamente .

El Departamento de Agricultura de EE. UU. (USDA) define la modificación genética como «la producción de mejoras hereditarias en plantas y animales para usos específicos, mediante el empleo tanto de la ingeniería genética como de otros métodos más tradicionales» ¹² . Esta amplia definición podría referirse tanto a las nuevas tecnologías como a los métodos tradicionales de mejora genética mediante selección de mutantes. De hecho, con esta definición casi cualquier comida que tomemos podría considerarse OMG, excepto las setas y las bayas silvestres, la caza y la pesca.

Sin embargo, una definición más convencional de OMG incluye solo a aquellos organismos cuyo material genético ha sido alterado usando tecnología de ADN recombinante y la inserción de genes, en la cual secuencias de ADN extraño se integran en el genoma. Desde 1994, cuando se introdujo el cultivo comercial de la primera planta OMG aprobada para consumo humano —una variedad de tomate de maduración lenta conocida como Flavr Savr—, se han desarrollado y aprobado más de cincuenta cultivos de OMG para su explotación comercial en Estados Unidos, entre ellos colza, maíz, algodón, papaya, arroz, soja, calabacín y muchos más. En 2015, el 92 por ciento de todo el maíz, el 94 por ciento de todo el algodón y el 94 por ciento de todas las habas de soja cultivadas en Estados Unidos estaban modificadas genéticamente ¹³ .

Los cultivos modificados ofrecen considerables ventajas medioambientales y económicas. Mediante el cultivo de cosechas con mayor capacidad para resistir a las plagas, los campesinos pueden obtener mayor rendimiento a la vez que reducen su dependencia de agresivos pesticidas y herbicidas químicos. La ingeniería genética también ha salvado a industrias completas del azote de los virus, como la de la papaya hawaiana, y pronto podría resultar vital para proteger otras frutas como plátanos y ciruelas que están amenazadas por la aparición de nuevos patógenos.

A pesar de estos beneficios y a pesar de que cientos de millones de personas han consumido alimentos de OMG sin incidencias, estos siguen siendo el objetivo de agrias críticas, intenso escrutinio público y estridentes protestas, la mayoría de ellas irrelevantes. Los gritos de protesta se han basado en un puñado de estudios que aseguran revelar efectos adversos para la salud de los consumidores o del medio ambiente —por ejemplo, afirmando que las patatas OMG producían cáncer en las ratas y que el maíz OMG mataba a las mariposas monarca—, pero estas investigaciones han sido refutadas por numerosos estudios posteriores y reprobadas por la comunidad científica en general. De hecho, los OMG se han sometido a uno de los escrutinios reguladores más intensos que haya tenido ningún producto de consumo humano en el mercado, y existe el consenso casi unánime de que los alimentos modificados genéticamente son tan saludables como los producidos convencionalmente. Los OMG han recibido el apoyo de los reguladores federales de Estados Unidos, la Asociación Médica Americana, la Academia Nacional de Ciencias de EE. UU., la Real Sociedad de Medicina del Reino Unido, la Comisión Europea y la Organización Mundial de la Salud. A pesar de eso, aproximadamente el 60 por ciento de los estadounidenses perciben los OMG como peligrosos ¹⁴ .

La discordancia entre el consenso científico y la opinión pública sobre el tema de los OMG es, como poco, inquietante. Lo veo en parte como el reflejo de la falta de comunicación entre los científicos y el público en general. En mi relativamente breve experiencia trabajando con CRISPR, ya he descubierto lo difícil que puede ser mantener un diálogo constructivo y abierto entre estos dos mundos, pero también lo necesaria que es este tipo de comunicación para el avance de los descubrimientos científicos.

La percepción de que los OMG son de algún modo poco naturales y perversos es un buen ejemplo. Casi absolutamente todo lo que comemos ha sido alterado por los seres humanos, frecuentemente generando mutaciones aleatorias en el ADN de las semillas utilizadas para cultivar plantas con caracteres deseados. Por tanto, la distinción entre «natural» y «antinatural» se ha oscurecido. Los pomelos rojos creados por radiación de neutrones, las sandías sin pepitas producidas mediante el tratamiento con el producto químico colchicina, huertos de manzanos donde todos los árboles son clones genéticos perfectos de sus vecinos… Ninguno de estos aspectos de la agricultura moderna es natural. Y sin embargo comemos estas frutas sin que casi nadie se queje.

CRISPR y las tecnologías de edición génica relacionadas van a complicar aún más el debate sobre los alimentos modificados genéticamente al difuminar las líneas entre los productos OMG y no OMG. Los OMG convencionales contienen genes extraños insertados aleatoriamente en el genoma; estos genes producen nuevas proteínas que aportan al organismo una propiedad beneficiosa que antes no poseían. Por el contrario, los organismos editados genéticamente contienen diminutas alteraciones en los genes existentes que confieren al organismo una característica beneficiosa al retocar los niveles de proteínas que estaban ahí desde el comienzo sin añadir ningún ADN extraño. En este sentido, los organismos editados genéticamente frecuentemente no se diferencian de esos organismos producidos por mutaciones químicas o radiación. Además, los científicos han desarrollado métodos para evitar que, una vez que la edición génica se ha completado, quede ninguna traza de CRISPR en el genoma de la planta. Por ejemplo, las moléculas de CRISPR se pueden elaborar, purificar y ensamblar en el laboratorio (como demostramos en nuestro artículo de 2012) e introducir en las células vegetales, una fórmula de acción rápida que permite que funcionen sobre el genoma inmediatamente ¹⁵ . En cuestión de horas Cas9 y el ARN guía editarán el gen de interés y serán degradados por los mecanismos naturales de reciclaje de la célula. Tengo la esperanza de que esta vez este tipo de edición génica que no deja cicatrices permita al público aceptar cosechas y otras plantas mejoradas mediante estos métodos de precisión.

Sin embargo, ya está generándose controversia en torno a los organismos editados genéticamente. Las primeras protestas de activistas contra esta nueva tecnología tuvieron lugar en la primavera de 2016 ¹⁶ . Algunos investigadores que trabajan en CRISPR ya han recibido amenazas de activistas que antes centraban su atención en los OMG.

Uno de los mayores retos a los que se enfrentan las compañías agrícolas, los agricultores, los consumidores y especialmente los funcionarios del gobierno es cómo clasificar y regular las cosechas editadas genéticamente. Muchos científicos las clasifican como productos de nuevas técnicas de cultivo (en inglés, productos NBT, New Breeding Techniques), mientras que los manifestantes consideran que los cultivos editados genéticamente no son más que OMG encubiertos y que los científicos están intentando colarlos en las tiendas de alimentación por la puerta de

FIGURA 19

OMG transgénicos frente a organismos editados genéticamente

atrás. En cierto modo, la discusión se reduce a producto en contraposición a proceso: ¿deberían los reglamentos para los nuevos cultivos considerar tan solo el resultado final o deberían también tener en cuenta el proceso empleado para desarrollarlo? Volviendo al ejemplo del mildiú pulverulento, ¿tiene importancia que se haya utilizado una técnica avanzada de edición génica para generar el trigo de pan resistente a esta enfermedad cuando la cepa resistente de trigo no se diferencia de lo que podría teóricamente generarse por métodos naturales o inducidos?

En este momento, en Estados Unidos, las nuevas cosechas modificadas genéticamente se enfrentan a un confuso conjunto de obstáculos reguladores, con la jurisdicción dividida entre la Agencia de Alimentación y Medicamentos (FDA por sus siglas en inglés), la Agencia de Protección Ambiental y el Departamento de Agricultura de EE. UU. (USDA por sus siglas en inglés). El proceso de aprobación es largo y caro, e incluye lo que algunos consideran una serie de requerimientos onerosos e injustos. Muchas empresas pequeñas han quedado completamente fuera del campo de los OMG por su coste prohibitivo, lo que ha permitido a las grandes agroempresas monopolizar el mercado. Me sorprendió descubrir que incluso los científicos académicos tienen dificultades para estudiar cosechas modificadas genéticamente en ensayos de campo por las gravosas restricciones.

Afortunadamente, esta situación está comenzando a cambiar. El USDA ha comenzado a informar discretamente a las empresas de que la nueva generación de cultivos editados genéticamente no necesitará su aprobación, aunque aún requerirán la de la FDA. Una colza resistente a herbicida generada mediante edición génica que se aprobó para su uso en Canadá no se consideró competencia del USDA. De modo parecido, la soja editada genéticamente y las patatas producidas por los científicos de Calyxt utilizando TALEN pudieron saltarse la regulación del USDA, como también lo hicieron otra treintena de plantas modificadas genéticamente ¹⁷ . Y aunque CRISPR es relativamente nuevo en la escena, Dupont Pioneer predice que los productos vegetales basados en CRISPR llegarán al mercado para finales de la década ¹⁸ .

Mientras tanto, en 2015, la Oficina de Política Científica y Tecnológica de la Casa Blanca anunció que revisaría la regulación de cultivos y animales modificados genéticamente en vista de los nuevos avances tecnológicos y del hecho de que las normas existentes no se habían actualizado desde 1992 ¹⁹ . El modo en que los productos modificados genéticamente se están comercializando también está cambiando, con la aprobación en 2016 de una legislación federal que requiere marcar todos aquellos que contengan ingredientes genéticamente modificados ²⁰ .

Este tipo de cambios en las normativas son importantes, pero a no ser que la actitud de la opinión pública cambie respecto a los alimentos mejorados genéticamente, nosotros, como sociedad, no podremos beneficiarnos de todo el potencial de CRISPR. La biotecnología nos puede ayudar a reforzar la seguridad alimentaria, acabar con la malnutrición, adaptarnos al cambio climático y prevenir la degradación del medio ambiente por todo el mundo. Sin embargo, este progreso estará fuera de nuestro alcance hasta que los científicos, empresas, gobiernos y el público en general se pongan de acuerdo para conseguirlo. Cada uno de nosotros puede contribuir a esta asociación de un modo muy sencillo. Comenzando por tener la mente abierta.

Las agroempresas no están interesadas en CRISPR solamente por los cultivos; el ganado también será editado genéticamente en un futuro cercano. Aunque, dados los formidables problemas con los que han tropezado los OMG vegetales, es muy posible que los animales editados genéticamente encuentren muchos de los mismos obstáculos reguladores e incluso una mayor oposición. En este, al igual que en el otro frente, tenemos mucho que ganar y posiblemente mucho más que perder.

El primer animal modificado genéticamente aprobado para el consumo humano en Estados Unidos —una variedad de salmón OMG de crecimiento rápido llamada AquAdvantage— solo pudo llegar al mercado tras veinte años de batalla con los reguladores de la FDA y a un coste de más de ochenta millones de dólares para su creador ²¹ . En este salmón se ha insertado un gen adicional de la hormona del crecimiento para que el pez llegue a su peso de mercado en la mitad de tiempo que un salmón tradicional de piscifactoría pero sin cambiar su contenido nutricional ni incrementar los riesgos para la salud del pez ni para los seres humanos que lo consumen ²² . Sus partidarios argumentan que el salmón de piscifactoría de alto rendimiento será una bendición para el medio ambiente porque reducirá la merma de las poblaciones salvajes, disminuirá la cantidad de salmón importado y aportará al mercado pescado con una huella de carbono aproximadamente veinticinco veces menor que el salmón convencional ²³ . Pero, aun así, al igual que con los cultivos OMG, la reacción contra el salmón modificado genéticamente ha sido muy intensa; sus detractores han denominado a estos animales «Frankenpeces» y aseguran que este salmón pone en peligro la salud de los consumidores y el ecosistema de los peces silvestres. Una encuesta del New York Times en 2013 indicaba que el 75 por ciento de los encuestados no comerían peces OMG ²⁴ , y la crítica de los consumidores ha llevado a más de sesenta cadenas de alimentación en Estados Unidos —incluyendo gigantes de la venta al por menor como Whole Foods, Safeway, Target y Trader Joe’s— a prometer que no venderán ese salmón ²⁵ .

El salmón AquAdvantage no es el primer animal modificado genéticamente que los científicos han creado para consumo humano. A principios de los 2000, un grupo japonés crio cerdos que contenían un gen de la espinaca que alteraba el modo en que los animales metabolizaban los ácidos grasos; el cerdo transgénico tenía un perfil de grasas más saludable, pero el trabajo de los científicos fue ampliamente criticado y los cerdos nunca salieron del laboratorio ²⁶ . Más o menos por entonces un grupo canadiense creó el Enviropig, un cerdo transgénico respetuoso con el medio ambiente que contenía un gen de E. coli que permitía al animal digerir mejor un compuesto fosforado llamado «fitato» ²⁷ . El estiércol de cerdo normalmente contiene altos niveles de fósforo que se filtran a los arroyos y los ríos causando proliferación de algas, la muerte de animales acuáticos y la producción de gases de efecto invernadero; el estiércol de Enviropig contenía un 75 por ciento menos de fósforo, lo que podría haber aportado un enorme beneficio al planeta y a la gente que vive y trabaja cerca de las granjas de cerdos. Sin embargo, a pesar de esto, y a pesar de unos datos de seguridad muy tranquilizadores, los consumidores desestimaron al Enviropig, con la consiguiente pérdida del respaldo financiero al proyecto. Finalmente, la nueva estirpe se sacrificó en 2012 ²⁸ .

Con situaciones de fondo como estas, el panorama para otros animales modificados genéticamente parece poco prometedor. Pero de nuevo depende de cómo los reguladores y el público definan «modificado genéticamente». Al salmón AquAdvantage se le añadió un gen de la hormona de crecimiento del salmón Chinook y un pequeño fragmento de ADN del abadejo para que el gen de la hormona de crecimiento se mantuviera encendido. ¿Qué ocurriría si en lugar de seguir esta estrategia los científicos hubieran conseguido editar el genoma del salmón para aumentar la producción de su propio gen de la hormona sin añadir ningún fragmento de ADN extraño? ¿Los consumidores y los reguladores lo considerarían aún como un OMG?

No hay duda de que esta pregunta se planteará en un futuro cercano, dada la velocidad a la que se mueven la investigación y el desarrollo en edición génica del ganado. Los primeros animales modificados ya se han generado en el laboratorio, y es solo cuestión de tiempo que aparezcan a la puerta de los reguladores. Como el salmón AquAdvantage, algunos de estos animales pioneros tendrán modificaciones genéticas para incrementar su crecimiento. Pero, al contrario que el salmón, no solo crecerán más rápido; también serán más grandes.

Usando los nuevos poderes de la edición génica de precisión —con CRISPR y tecnologías relacionadas—, los científicos han creado vacas, cerdos, ovejas y cabras editadas genéticamente que son más fuertes y musculados que la media, con sorprendentes cuerpos de culturista, una característica denominada «doble musculatura». Lejos de ser una rareza inventada en el laboratorio, esta mutación está inspirada en la naturaleza, del mismo modo que el carácter de la resistencia al mildiú pulverulento de la cebada.

Los ganaderos sabían de la doble musculatura desde hace años por su alta frecuencia en dos razas de vacas populares: la Belga Azul y la Piamontesa. Estas vacas tienen de media un 20 por ciento más de músculo, una relación carne-hueso mayor, menos grasa y un mayor porcentaje de piezas de calidad, lo que las convierte en el sueño del productor de carne de vacuno ²⁹ . En 1997, tres laboratorios descubrieron que un único gen era el responsable de este excepcional desarrollo muscular. El gen, llamado miostatina, se comporta como el freno natural a la producción de tejido muscular en el cuerpo. Las dos razas de ganado que estos laboratorios estaban estudiando tenían diferentes tipos de mutaciones —a las vacas Belga Azul les faltan once letras de ADN, mientras que las Piamontesas solo tienen una letra mutada—, pero en ambos casos la proteína producida por el gen de miostatina es defectuosa. De algún modo, la naturaleza había reflejado los experimentos hechos con anterioridad en ratones, donde los genes noqueados de miostatina generaban unos animales igualmente fuertes que pesaban dos o tres veces más que la media —una ganancia que afectaba exclusivamente a la masa muscular, no a la grasa— ³⁰ .

Las vacas no son los únicos animales que muestran de modo natural el carácter de doble musculatura. Las ovejas Texel, una popular raza holandesa aclamada por su carne magra y su constitución musculosa, también tienen una mutación en miostatina ³¹ ; al igual que los perros whippet, una raza derivada del galgo y que frecuentemente se utiliza para carreras, ya no solo porque son los más veloces entre las razas de su mismo peso sino porque también poseen la mayor aceleración entre todos los perros del mundo. Los whippet de la variedad bully tienen el pecho ancho y una enorme musculatura en patas y cuello causada por la falta de dos letras de ADN en el gen de la miostatina . Otros whippets tienen el gen normal, mientras que a un tercer tipo de perros se los denomina «heterocigotos» porque poseen a la vez una copia del gen normal de la miostatina y otra mutada aportada por cada uno de los dos cromosomas parentales. (Un estudio del NIH descubrió que los whippets más rápidos son los heterocigóticos ³² porque tienen un poco más de músculo, pero no demasiado, como un Ricitos de Oro genético del cuento de los Tres Ositos).

También algunos humanos exhiben el equivalente de la doble musculatura. En 2014, un equipo médico de Berlín publicó un estudio que describía a un recién nacido extraordinariamente musculoso, con abultados músculos en muslos y antebrazos ³³ . El niño continuó desarrollando músculos anormalmente pronunciados y a los cuatro años podía realizar proezas que demostraban una fortaleza sorprendente, como extender los brazos mientras sujetaba pesas de tres kilos en cada mano. Dado el parecido de su estado a la doble musculatura en vacas y ratones, y dada la tradición de fuerza inusual en su familia, los clínicos sospecharon que su condición física podría tener una explicación genética. Tras hacer un poco de trabajo genético detectivesco, descubrieron que ambas copias de su gen de miostatina estaban noqueadas y que su madre, que había sido atleta profesional, era heterocigótica, y solamente tenía uno de los genes mutados. Aunque la prevalencia de la hipertrofia muscular —como los doctores llaman a esta condición de doble musculatura— es extremadamente poco frecuente en humanos, desde entonces se ha descrito al menos otro caso, esta vez en una familia de Michigan.

FIGURA 20

Animales con doble musculatura natural o creada mediante CRISPR

Los investigadores están considerando ahora si replicar esta característica induciendo mutaciones deliberadamente —es decir, estimulando el crecimiento muscular mediante la inactivación del gen de la miostatina — podría servir como terapia para el tratamiento de enfermedades degenerativas musculares como la distrofia muscular. Algunos autores han empezado a fantasear con que la edición del gen de la miostatina en individuos normales desataría una fuerza sobrehumana ³⁴ , aunque, como discutiré en los siguientes capítulos, opino que las repercusiones de este tipo de edición génica no esencial en seres humanos son preocupantes.

En el ganado, al contrario que en los seres humanos, hay razones para el uso de la edición génica para crear nuevas variedades animales con características ventajosas. Por una razón: pequeñas mejorías del genoma animal pueden resultar en incrementos significativos en la producción de alimentos. Los científicos ya han empleado la edición génica para desarrollar nuevas razas de vacas, ovejas, cerdos, cabras y conejos con doble musculatura. No es difícil de imaginar lo que animales como estos significarían para la alimentación humana si fueran accesibles a los ganaderos. La alta producción de carne magra a la vez que baja en grasa ha sido una de las metas de la industria ganadera, y la edición génica ofrece un método sencillo para conseguirlo. En un estudio, los cerdos editados genéticamente presentaban un 10 por ciento más de carne magra más tierna que sus equivalentes sin editar, así como una disminución sustancial de grasa corporal total ³⁵ . Además, el valor nutricional de la carne y el desarrollo, la dieta y la salud general del animal no estaban afectados. Dado que el genoma porcino modificado no deja trazas de transgenes, los productores esperan que estos cerdos tengan el mismo tipo de regulación que las vacas Belga Azul, que desarrollaron doble musculatura debido a mutaciones naturales.

Como CRISPR permite editar múltiples genes con facilidad, pueden introducirse simultáneamente varios caracteres. Por ejemplo, científicos chinos que trabajaban en cabras modificaron el gen de la miostatina junto con el gen de un factor de crecimiento que se sabía que controlaba la longitud del pelo. En los seres humanos, mutaciones naturales en el gen de este factor de crecimiento causan pestañas excesivamente largas. Esas mutaciones también se han asociado a la longitud del pelaje de gatos, perros e incluso burros. Los científicos llevaron a cabo esta edición génica en una raza de cabras conocida como Shannbei, criadas tanto por su apreciada carne como por su lana, que se usa para hacer cachemira de calidad ³⁶ . Los científicos inyectaron 862 embriones y transfirieron 416 en madres receptoras; nacieron 93 cabritos, 10 de los cuales tenían mutaciones en ambos genes. Estas cabras mejoradas genéticamente sirven como punto de partida para generar nuevas variedades que provean a los granjeros de una mayor producción de alimento y cachemira.

Otros científicos están usando herramientas de edición génica para influir en la reproducción, de modo que las gallinas solo produzcan hembras (en las granjas productoras de huevos, los pollos macho normalmente se sacrifican un día después de la eclosión) ³⁷ , los peces de piscifactoría sean estériles (y no puedan contaminar a las estirpes silvestres) y el ganado vacuno produzca solo machos (más rentables, ya que las hembras transforman menos eficientemente el alimento en músculo). Los genomas de ganado se están modificando para que puedan resistir al parásito causante de la enfermedad del sueño, y para el engorde de los cerdos usando menos comida ³⁸ . En Australia un grupo está tratando de alterar en las gallinas un gen que produce una de las proteínas causantes de la alergia más común al huevo, y se han propuesto estrategias similares para eliminar alérgenos de la leche de vaca ³⁹ .

Los genes también se pueden editar para generar animales más sanos y resistentes a la enfermedad, como recientemente se ha demostrado en experimentos con cerdos. Una de las principales enfermedades a las que se enfrenta la industria del porcino está causada por un virus llamado PRRSV, que tras identificarse en Estados Unidos a finales de los ochenta, se extendió rápidamente por Norteamérica, Europa y Asia. El virus cuesta anualmente a los productores de cerdo de EE. UU. más de 500 millones de dólares y reduce la producción en un 15 por ciento. Los propios animales también pagan un alto precio; los cerdos infectados sufren una serie de síntomas que incluyen anorexia, fiebre, un incremento en la frecuencia de lechones abortados, muerte intrauterina tardía y problemas respiratorios severos ⁴⁰ . Los programas de vacunación no han tenido éxito hasta ahora, de manera que una de las pocas opciones existentes para tratar a los animales es la de añadir altas dosis de antibióticos en el pienso que eviten infecciones bacterianas secundarias.

Inspirado por la teoría de que un gen porcino particular, el CD163, es el que permite a los virus secuestrar a las células del cerdo, un equipo de la Universidad de Misuri intentó generar cerdos resistentes al virus inactivando el gen causante del problema (una estrategia no muy distinta a cambiar las cerraduras de una casa para frustrar a un posible ladrón que tenga una llave robada). Tras usar CRISPR para noquear el gen en los cerdos, los investigadores de Misuri enviaron estos animales, junto a lechones control sin editar, a la Universidad del Estado de Kansas para que estudiaran su susceptibilidad al virus ⁴¹ . Allí se expuso a los cerdos a unas cien mil partículas víricas y se les monitorizó continuamente. Tuvieron un notable éxito, pues los cerdos editados genéticamente se mantuvieron sanos y libres de la menor traza de virus ⁴² .

Esta estrategia —salvar a los cerdos noqueando los genes de los que depende el virus— ha resultado tan efectiva que está siendo adoptada por otros investigadores para reducir el sufrimiento y las pérdidas en otras áreas de la industria cárnica. Por ejemplo, un grupo de científicos del Reino Unido ha conseguido una victoria similar en la lucha contra otro virus. La enfermedad que causa, conocida como «peste porcina africana», también infecta cerdos de granja y, al igual que el PRRSV, el virus es muy contagioso y no existen vacunas. Pero este virus africano es todavía más letal, pues algunas cepas llegan a causar casi el 100 por cien de mortalidad

FIGURA 21

Otros proyectos de animales editados genéticamente

tan solo una semana después de la infección, normalmente debido a intensas hemorragias ⁴³ . Desgraciadamente, este no es el único modo en que la enfermedad se cobra la vida de los animales; dado que el virus ha barrido toda Europa del Este, como último recurso para detener la epidemia los granjeros recurren a sacrificar cerdos, piaras completas en algunos casos.

Al advertir que las especies nativas de cerdos de África, incluyendo el jabalí verrugoso, parecían no estar afectadas por el virus, un grupo británico identificó un único gen que parecía explicar su sorprendente resistencia ⁴⁴ . La versión de ese gen en el jabalí verrugoso se diferencia de la del cerdo doméstico en solo unas pocas letras, de modo que los científicos simplemente editaron el gen de los cerdos domésticos para hacerlo semejante al del jabalí verrugoso sin cambiar ninguna otra parte del genoma ⁴⁵ . El tiempo dirá si los cerdos editados tienen la misma inmunidad que el jabalí verrugoso y, tal vez más importante aún, si los consumidores aceptarán los nuevos animales modificados genéticamente. Los investigadores confían en que a los consumidores no les importe una pequeña modificación que, a la larga, resulte en animales más sanos, especialmente siendo una alteración ya existente en la naturaleza ⁴⁶ .

Otro ejemplo de edición génica en ganado proviene de una empresa de Minnesota llamada Recombinetics que consiguió la increíble proeza de modificar genéticamente a las vacas para evitar que les crecieran cuernos. El objetivo de la empresa era evitar la común, pero cruel, práctica de descornar al ganado vacuno, un procedimiento habitual en la industria lechera de EE. UU. y Europa. Los cuernos hacen que la manipulación de animales confinados sea peligrosa para los trabajadores y también suponen un riesgo para las propias vacas. Los productores de alimento normalmente descuernan a los terneros a edad temprana quemando los botones de los cuernos con un hierro candente, lo que causa daño tisular y considerable estrés y dolor a los traumatizados animales ⁴⁷ . Tan solo en Estados Unidos se descuerna anualmente a más de trece millones de terneros.

Sin embargo, no todas las vacas tienen cuernos. De hecho, muchas razas de vacuno de carne, incluyendo a la popular Angus, no tienen cuernos de modo natural. En 2012, un equipo de investigación alemán descubrió la causa genética: una compleja mutación que suponía la deleción de 10 letras de ADN y la inserción de otras 212 letras en el cromosoma 1 ⁴⁸ . Inspirados por este descubrimiento, los científicos de Recombinetics usaron edición génica para hacer exactamente el mismo cambio en el genoma de la raza lechera Blue-Ribbon, y obtuvieron ganado cuya apreciada genética —conseguida tras siglos de selección para la producción óptima de leche— no estuviera alterada de ningún otro modo ⁴⁹ . Los primeros animales en nacer, dos terneros lecheros sin cuernos llamados Spotigy y Buri, no experimentarán el horror de que les eliminen los botones de los cuernos ⁵⁰ .

En el futuro, los reguladores y los consumidores que consideren este ganado editado genéticamente tendrán que decidir qué es más importante: el fin o los medios; el producto o el proceso que lo genera. Las vacas sin cuernos se podrían haber obtenido mediante años de cría convencional. La edición génica solo ayudó a obtener el mismo resultado mucho más eficientemente. Si CRISPR y las tecnologías asociadas pueden eliminar prácticas inhumanas como el descuerne, reducir el uso de antibióticos y proteger al ganado de infecciones letales, ¿podemos permitirnos no emplearlas?

Los criadores y los investigadores en alimentación no son los únicos que están editando el genoma animal. También lo hacen los científicos biomédicos, hombres y mujeres cuya meta es mejorar la vida de la gente usando métodos que se han probado —y en algunos casos derivan de— en animales con genes editados.

La investigación animal es indispensable para el estudio de las enfermedades humanas, ya sea para confirmar la causa de algunas afecciones genéticas, para evaluar potenciales medicamentos o para estudiar la eficacia de intervenciones médicas como la cirugía o la terapia celular. Un punto de partida crucial es tener un buen modelo genético, un animal cuya afección se aproxime mucho a la del grupo de pacientes enfermos en lo referente a las manifestaciones físicas y las causas genéticas subyacentes. CRISPR ofrece un procedimiento sencillo y directo para conseguirlo.

El modelo de mamífero preferido para la investigación biomédica desde principios del siglo XX ha sido el ratón común (Mus musculus), que comparte el 99 por ciento de sus genes con los humanos. Además de su similitud genética con nosotros, ofrece otras ventajas claras. Los ratones y los humanos compartimos características fisiológicas, como sistema inmune, nervioso, cardiovascular y musculoesquelético entre otros. Se pueden criar en cautividad y son fáciles y baratos de mantener por su pequeño tamaño, docilidad y fecundidad. Su rápido ciclo de vida —un año de vida en el ratón equivale a unos treinta años humanos— significa que en el laboratorio puede estudiarse toda una vida en tan solo unos pocos años. Y tal vez lo más importante: los ratones pueden manipularse genéticamente usando una variedad de procedimientos —siendo CRISPR el más poderoso y el más reciente— para simular un gran número de enfermedades y afecciones. Millones de ratones se crían y envían a los investigadores de todo el mundo, y existen más de treinta mil cepas únicas que se utilizan para estudiar de todo, desde el cáncer y las enfermedades de corazón hasta la ceguera y la osteoporosis ⁵¹ .

Pero como modelo, los ratones también tienen sus limitaciones, porque para muchas enfermedades humanas —fibrosis quística, párkinson, alzhéimer y Huntington entre otras— no exhiben los síntomas distintivos o tienen respuestas atípicas a los potenciales tratamientos. Estas carencias han creado una brecha en la estrategia conocida como «del laboratorio al lecho del paciente» y que supone que los descubrimientos en investigación resultan en tratamientos médicos en la clínica.

CRISPR ayudará a salvar esta brecha facilitando que la modelización de enfermedades en otros animales sea casi tan accesible como antes era en el ratón. Este avance puede verse ya en los primates no humanos. Los primeros monos transgénicos se generaron a principios de los 2000, cuando los investigadores usaron virus para insertar genes extraños en los genomas de mono, pero en la era pre-CRISPR nunca se consiguieron monos editados genéticamente. Esto cambió a principios de 2014, cuando un equipo chino creó un mono cynomolgus editado genéticamente inyectando CRISPR en embriones de una célula, usando un método similar al empleado en ratones un año antes ⁵² . En este estudio los investigadores programaron CRISPR para modificar simultáneamente dos genes: uno asociado a la inmunodeficiencia combinada severa en humanos y el otro asociado a la obesidad, ambos claramente implicados en la salud humana. Desde entonces, otros investigadores han generado monos cynomolgus con cambios en un gen que se encuentra mutado en más del 50 por ciento de los cánceres humanos ⁵³ , y monos Rhesus con mutaciones que causan la distrofia muscular de Duchenne ⁵⁴ . Aprovechando que los modelos de mono son muy adecuados para estudios del comportamiento humano y las anomalías cognitivas, la edición génica también se está explotando para estudiar genes involucrados en trastornos neurales ⁵⁵ . Aunque por un lado me siento incómoda con el uso de monos de este modo, también soy consciente de la enorme necesidad de desarrollar tratamientos y curas de enfermedades para aliviar el sufrimiento humano. Estos monos editados genéticamente pueden servir como dobles fiables de los pacientes humanos y permitir a los científicos perseguir la cura de enfermedades sin poner en riesgo vidas humanas.

El cerdo se ha convertido en otro modelo animal frecuente para el estudio de la enfermedad humana gracias a CRISPR. Esto se debe a su similitud anatómica con los seres humanos, su periodo de gestación relativamente corto y el gran tamaño de las camadas. Si se regula adecuadamente, considero el uso de animales de granja con fines biomédicos más aceptable que el de animales de compañía como los primates. De hecho, los cerdos editados genéticamente ya se han utilizado para modelar defectos de pigmentación, síndromes causantes de sordera, enfermedad de párkinson o problemas inmunológicos, y la lista continuará creciendo.

Muchos científicos ven al cerdo como posible productor de medicamentos. Algún día no muy lejano podremos usar a los cerdos como biorreactores para la producción de valiosos medicamentos como proteínas terapéuticas humanas, que son demasiado complejas para sintetizarse desde cero y solo se pueden producir en células vivas. Los científicos ya están buscando otros animales transgénicos para la producción de estos medicamentos biofarmacéuticos. La primera de esas medicinas aprobada por la FDA es un anticoagulante llamado «antitrombina», que es secretado en la leche de cabras modificadas genéticamente. Otro medicamento aprobado está aislado de la leche de conejos transgénicos, y en 2015 la FDA ha dado luz verde a una medicina de origen proteico que se purifica de la clara de huevo de gallinas transgénicas ⁵⁶ .

La extracción de medicinas de animales transgénicos en lugar de células en cultivo tiene numerosas ventajas, incluyendo un mayor rendimiento, mayor facilidad para expandir la producción y menores costes ⁵⁷ . CRISPR promete mejorar aún más la producción biofarmacéutica proporcionando, de entrada, a los científicos un mejor control genético de los animales transgénicos. Por ejemplo, experimentos en cerdos han mostrado que CRISPR permite la sustitución directa de los genes de cerdo por los genes equivalentes del humano, permitiendo recobrar más eficientemente las proteínas terapéuticas codificadas genéticamente ⁵⁸ . Considerando que muchas de las medicinas más vendidas del mundo tienen una base proteica, está claro que el potencial de la edición génica en esta subárea particular de la medicina es enorme.

Algunos científicos esperan que los cerdos aún puedan ofrecer más: una fuente enorme y renovable de órganos para el xenotransplante en receptores humanos. No es una idea nueva; los cerdos se han considerado durante mucho tiempo para este fin por razones similares a las que también les han llevado a imponerse como modelos de enfermedad —son sencillos de criar y se reproducen rápidamente— y por el hecho de que sus órganos son de un tamaño muy parecido al de los seres humanos. Pero, a la vez, este sueño parecía irrealizable. Una serie de defensas inmunológicas en el cuerpo humano hacen que el rechazo de los órganos donados sea uno de los principales problemas para médicos y pacientes, incluso cuando los trasplantes son entre humanos. Hay poquísimos ejemplos de xenotrasplantes que hayan tenido éxito a largo plazo.

Nunca ha habido mayor necesidad de nuevas opciones de trasplante. Tan solo en Estados Unidos, más de 124.000 pacientes se encuentran actualmente en la lista de espera para trasplante; sin embargo, solo se llevan a cabo 28.000 procedimientos al año ⁵⁹ . Se ha estimado que cada diez minutos un nuevo individuo se añade a la lista nacional de trasplantes y que una media de veintidós personas al día mueren mientras esperan un trasplante o enferman hasta tal punto que ya no son elegibles ⁶⁰ . La falta de donantes es la causa principal de esta continua tragedia.

FIGURA 22

Xenotrasplantes utilizando cerdos humanizados

Las nuevas tecnologías, incluyendo CRISPR, proveen un modo de generar cerdos con órganos adecuados para el trasplante humano. Los avances previos se enfocaron en transferir genes humanos al genoma del cerdo para que los órganos del animal escaparan al rechazo inmune hiperagudo que amenaza cualquier xenotrasplante. La edición génica se está utilizando para apagar los genes de cerdo que puedan provocar la respuesta inmune humana y eliminar el riesgo de que virus porcinos embebidos en su genoma puedan saltar infectando a los humanos durante el trasplante ⁶¹ . Finalmente, las técnicas de clonación ofrecen un modo perfecto de combinar las diferentes modificaciones genéticas en un único animal sin dejar huella. Como ha expresado el director ejecutivo de una importante empresa en este campo, la meta es proveer «un suministro ilimitado de órganos trasplantables», órganos que puedan producirse a demanda ⁶² .

Todavía es pronto para esto, pero ya se han batido varias marcas usando cerdos humanizados mediante ingeniería genética: un riñón trasplantado duró más de seis meses en un babuino receptor, y un corazón de cerdo también fue aceptado por el cuerpo de un babuino durante dos años y medio. Se han asignado decenas de millones de dólares para investigación, y una compañía llamada Revivicor ya ha hecho planes para criar mil cerdos al año en unas instalaciones de última generación con quirófanos y helipuertos para entregar órganos frescos en cuanto sean necesarios. Solo será cuestión de tiempo que los xenotrasplantes se abran camino hasta los ensayos clínicos; y que CRISPR abra una nueva puerta para pacientes con necesidad urgente de nuevos órganos y nuevos medicamentos.

Como alguien que ha crecido rodeada de las plantas y animales del rico ecosistema hawaiano, estoy fascinada y, debo reconocer, un poco preocupada por todas las maneras en que CRISPR se está utilizando para modificar animales genéticamente. Espero que el ganado modificado haga la ganadería más humana y respetuosa con el medio ambiente, no solo más rentable. Los modelos animales editados genéticamente, como los ratones y los monos, permitirán entender mejor las enfermedades humanas, y los cerdos editados genéticamente podrán servir en el futuro como donantes de órganos, pero espero que el respeto que compartimos por el bienestar animal modere estos y otros esfuerzos similares.

Pero con la edición génica de CRISPR parece inevitable que algunas personas editen genes animales sin ningún propósito médico y sin que el objetivo sea hacer la ganadería más sostenible, productiva o humana. Pongamos por ejemplo la nueva raza de cerdos miniaturizados, los llamados «microcerdos» ⁶³ . Creados mediante edición génica por el Instituto de Genómica de Pekín (BGI) en China, estos cerditos encantadores asombraron a las multitudes en la cumbre de biotecnología donde fueron presentados por primera vez. Los microcerdos adultos pesan unos trece kilos, como un perro de tamaño medio, mientras que los cerdos de granja normalmente pesan más de noventa kilos. Inicialmente el BGI creó los microcerdos por motivos de investigación, ya que el gran tamaño de un cerdo normal puede hacer muy engorroso trabajar con ellos en el laboratorio. Mediante el corte e inactivación del gen que responde a la hormona de crecimiento, los científicos produjeron cerdos de crecimiento atrofiado pero que en otros aspectos se desarrollaban normalmente. Y aunque los microcerdos siguen siendo útiles en investigación —un grupo chino usó recientemente CRISPR para generar un modelo de la enfermedad de Parkinson ⁶⁴ —, el BGI ha comenzado a ofrecerlos como mascotas, con un precio de venta cercano a los mil quinientos dólares por cerdo. Algún día tal vez los clientes hasta puedan tener la opción de personalizar el cerdo eligiendo distintos colores y patrones de pelaje gracias a la edición génica.

Algunos expertos en bioética, como Jeantine Lunshof, del Harvard Medical School, están preocupados por el uso de la manipulación genética «con la única finalidad de satisfacer preferencias idiosincráticas específicas de los humanos» ⁶⁵ . Aun así, yo no estoy convencida de que esto sea algo categóricamente malo. Después de todo, en cualquier parque para perros podrán encontrar un chihuahua de dos kilos jugueteando con un gran danés de cien kilos, ambos miembros de la misma especie. ¿Qué es la cría sino otra herramienta de manipulación genética, como CRISPR, solo que menos eficiente? De hecho, se podría defender que este tipo de manipulación genética es incluso mejor que la cría. Al contrario que los microcerdos, cuya salud no difiere de la de sus parientes de tamaño normal, la repetida consanguinidad de los perros ha tenido consecuencias devastadoras para su salud. Los labradores son propensos a unas treinta enfermedades genéticas, el 60 por ciento de los golden retriever mueren de cáncer, los beagles frecuentemente tienen epilepsia y los perros de la raza Cavalier King Charles spaniel sufren ataques y tienen dolores persistentes debido a su cráneo deforme ⁶⁶ . Estos terribles problemas de salud no han impedido que los gustos de los seres humanos dictaran el genotipo y el fenotipo del mejor amigo de la humanidad.

Independientemente de lo que uno opine de ello, los gatos y perros editados genéticamente —creados gracias a la biotecnología— están a punto de llegar. A finales de 2015, científicos de Guangzhou, China, describieron la primera de CRISPR en beagles, que usaron para incrementar la masa muscular noqueando el mismo gen de la miostatina que está asociado a la doble musculatura en los perros whippet y las vacas Belga Azul. Los dos cachorros que contenían las mutaciones previstas recibieron los nombres de Hércules y Tiangou, en honor del héroe sobrehumano de la mitología griega y del perro celestial de la mitología china ⁶⁷ . Aunque uno de los investigadores principales afirmó que los beagles extramusculados no se iban a criar como mascotas sino que iban a facilitar el uso de perros en la investigación biomédica, también resaltó las potenciales ventajas de su gran musculatura en aplicaciones policiales y militares ⁶⁸ . El grupo concluyó su estudio resaltando que CRISPR podría «también promover la creación de nuevas razas de perros con características favorables para otros propósitos».

Con una edición génica accesible, seguramente no pasará mucho tiempo antes de que los consumidores puedan solicitar mejoras a medida de cualquier raza de perros. ¿A qué otros lugares puede llevarnos la imaginación? Si la manipulación genética tiene éxito en descornar vacas, ¿por qué no usarla para hacer que los caballos tengan cuernos? Y si estamos pensando en añadir apéndices, ¿por qué detenernos ahí? Investigadores de la Universidad de California, Berkeley, han usado CRISPR para generar una extraña serie de transformaciones corporales en crustáceos: branquias que crecen donde no deberían, pinzas que se convierten en patas, mandíbulas que se transforman en antenas y patas natatorias que pasan a ser patas ambulatorias ⁶⁹ . Expertos y periodistas han empezado a soñar con que CRISPR pueda usarse para crear criaturas míticas parecidas a dragones alados editando los genes de los dragones de Komodo ⁷⁰ , y hasta se ha llegado a discutir en una famosa revista de bioética que, aunque las leyes básicas de la física les impedirían lanzar fuego, «generar un enorme reptil con cierto parecido a un dragón europeo o asiático (que aleteara o que incluso llegase a volar) podría convertirse en el propósito de alguien» ⁷¹ .

Mientras que algunos científicos pueden utilizar CRISPR para crear criaturas mutantes que nunca existieron, otros están aplicando CRISPR para resucitar criaturas reales que ya no existen, un objetivo llamado acertadamente «desextinción». La desextinción precede a CRISPR en varias décadas, y la edición génica es solo uno de los métodos en los que los científicos confían para hacerla posible. En los casos en que varios caracteres de la especie extinta estén presentes en sus descendientes contemporáneos, los científicos podrían intentar convertir estos en aquella mediante la cría selectiva, creando un animal parecido a la criatura extinta. Esta estrategia se está llevando a cabo en Europa para resucitar el uro, un toro salvaje que se extinguió a principios de 1600, y también una especie de tortuga gigante de la isla Pinta, en las Galápagos, cuyo último ejemplar conocido murió en 2012 ⁷² . En casos en los que se hubieran conservado cuidadosamente tejidos de los animales extintos, la clonación sería otra posibilidad. Por ejemplo, la conservación criogénica de biopsias de piel tomadas del último ejemplar de Ibex Pirenaico, una cabra salvaje que se extinguió en 1999, permitió a científicos españoles implantar su material genético en el óvulo de una cabra doméstica (el mismo proceso que se usó para clonar a la oveja Dolly en 1996). Con el consiguiente nacimiento, estos científicos consiguieron por primera vez la resurrección de un animal extinto, aunque, desafortunadamente, la recién nacida murió a los pocos minutos del parto ⁷³ . Científicos rusos y surcoreanos están siguiendo esta misma técnica de clonación con tejidos de mamut recuperados del este de Rusia con la esperanza de resucitar al mamut lanudo ⁷⁴ .

CRISPR ofrece otra manera de resucitar especies desparecidas: un modo similar a la desextinción ficticia de un dinosaurio en el libro Parque Jurásico y la subsiguiente película de Hollywood de 1993. En aquella fascinante historia de ciencia ficción, los científicos insertan en el ADN de una rana genes de dinosaurios que habían recuperado de mosquitos fosilizados conservados en ámbar. Desgraciadamente (o afortunadamente, dependiendo de como se sientan con respecto a los dinosaurios), los enlaces químicos del ADN son demasiado inestables para mantenerse intactos durante sesenta y cinco millones de años. Pero el novelista Michael Crichton no iba muy desencaminado con esta idea.

Un grupo de investigadores de Harvard liderados por George Church está siguiendo una estrategia similar con el mamut lanudo. El punto clave inicial es la existencia de un genoma de gran calidad enteramente secuenciado que se obtuvo de dos ejemplares de mamut lanudo que murieron hará entre veinte y sesenta mil años; los genomas han permitido a los científicos analizar exhaustivamente los cambios exactos entre el mamut y los elefantes actuales, sus parientes más próximos. No es sorprendente que, dado el helado hábitat del mamut, los 1.668 genes que difieren entre los dos genomas codifiquen proteínas cuyas funciones se relacionan con la sensación de la temperatura, el desarrollo de la piel y del pelo y la producción de tejido graso ⁷⁵ . En 2015, trabajando con células de elefante, el equipo de Church usó CRISPR para transformar las variantes de catorce de esos genes de elefante en las variantes de mamut, y con la edición génica secuencial teóricamente se podría lograr lo mismo con los restantes genes ⁷⁶ .

La transformación completa del genoma del elefante en genoma de mamut lanudo supondría el cambio de más de 1,5 millones de letras de ADN en las que difieren, y no hay garantía de que las células editadas de elefante pudieran usarse para conseguir un embarazo. Incluso si se pudiera, el animal resultante, nacido de una elefanta y aislado de su entorno original y cultura social, ¿sería realmente un mamut lanudo?, ¿o sería simplemente un elefante con nuevas características inspiradas en la genética del mamut? ⁷⁷ .

Desde que oí hablar de experimentos como estos, he estado luchando para concluir si son admirables, deplorables o algo intermedio. En mi cabeza, como en las cabezas de casi todos los integrantes de la comunidad científica, la decisión no está tomada. Una cosa parece clara: algunos de los usos para los cuales se ha utilizado CRISPR en el reino animal son más nobles que otros, y cada vez que intento determinar cómo me siento con respecto a uno de ellos me veo rodeada por una maraña de argumentos y contraargumentos.

Realmente, ¿qué necesidad hay de resucitar al mamut lanudo, o, si en esas estamos, a cualquier otra especie extinta? Una razón puede ser la fascinación, un sentimiento de sorpresa y admiración por las posibilidades que confieren la naturaleza y la ciencia más avanzada. Algunas personas se congregan en los parques zoológicos o van de safari para observar leones y jirafas de cerca; imaginen la experiencia fascinante, e incluso emocional, que sería encontrarse frente a frente con un mamut de verdad. Otras motivaciones para editar el genoma del elefante con el fin de que se parezca al del mamut lanudo incluirían salvar la especie del elefante asiático que está en peligro de extinción, y reducir la emisión de carbono en la tundra.

También hay un argumento ético en apoyo de la desextinción. Si hemos llevado una especie a la extinción y ahora tenemos la posibilidad de resucitarla, ¿tenemos el deber de hacerlo? Una de las organizaciones que lidera el movimiento de desextinción, la Long Now Foundation, cree que sí; su misión es «incrementar la biodiversidad a través del rescate genético de especies extintas o en peligro de extinción» usando las herramientas de la ingeniería genética y la biología de la conservación, y sus esfuerzos están comprometidos tanto con la desextinción como con la prevención de la extinción ⁷⁸ . En su lista de candidatos para la desextinción se encuentran las palomas migratorias americanas, que fueron erradicadas en el siglo XIX por la caza; el alca gigante, cuya población cayó en picado en el siglo XVI porque los humanos las sacrificaron por su plumón; y las ranas de incubación gástrica, que se extinguieron alrededor de 1980 debido a que los humanos introdujeron en su hábitat natural hongos patogénicos.

Aun así, no está claro que las especies desextinguidas vayan a ser recibidas hospitalariamente por el mundo moderno, o que su reintroducción esté libre de riesgos —para ellas o para nosotros—. Del mismo modo que cuando las especies vivientes son liberadas en ambientes extraños pueden causar desastres ecológicos en sus nuevos hábitats, las especies desextinguidas pueden perturbar los ecosistemas en los que se las libere. Como nunca hemos sido capaces de recuperar una especie extinta, no hay modo de predecir el alcance de la onda expansiva causada por su reaparición ni lo lejos que llegará.

Existen otras buenas razones para oponerse al uso de CRISPR para resucitar especies extintas, razones similares a los argumentos en contra de crear mascotas de diseño: tenemos que considerar su moralidad y el bienestar animal. ¿Cuánto sufrimiento animal —hablamos de las deformidades y muertes prematuras que normalmente acompañan a los procedimientos de clonación— podemos justificar en la búsqueda de respuestas en investigaciones científicas que casi con seguridad nunca influirán ni mejorarán la salud humana? Centrarnos en la desextinción y las mascotas de diseño ¿no nos distraerá de proteger a las especies en peligro de extinción y a los animales de compañía abandonados? Y a un nivel más básico: ¿no deberíamos evitar alterar la naturaleza más de lo que ya lo hemos hecho?

CRISPR nos está forzando a afrontar preguntas difíciles como estas —tal vez sin solución—, muchas de las cuales se reducen a dilemas acerca de la relación entre los humanos y la naturaleza. Los humanos han estado cambiando la composición genética de las plantas y los animales desde mucho antes del advenimiento de la ingeniería genética. ¿Deberíamos abstenernos de influir en nuestro ambiente con esta nueva herramienta, incluso cuando no hemos mostrado esta misma moderación en el pasado? Comparada con lo que ya hemos causado al planeta, haya sido intencionadamente o no, la edición génica basada en CRISPR ¿es menos natural o es más dañina? No existen respuestas sencillas para estas preguntas.

Al menos hay una manera en la que editar genes en otras especies puede llegar a ser más peligroso que cualquier otro cambio que los humanos hayan ocasionado al planeta hasta ahora. Me refiero a la revolucionaria técnica conocida como «genética dirigida» (gene drive), llamada así porque proporciona a los bioingenieros un modo de «dirigir» la introducción de nuevos genes —con sus caracteres asociados— en las poblaciones silvestres a una velocidad sin precedentes, un tipo de reacción en cadena imparable.

Con la genética dirigida, al igual que con otros avances en el floreciente campo de la edición génica, la ciencia se ha movido tan rápido que ha sido difícil mantenerse al día. Exactamente un año después de que se propusiera en una publicación teórica, la genética dirigida de CRISPR se demostró efectiva, primero en moscas del vinagre y luego en mosquitos. Esta genética dirigida aprovecha un tipo especial de patrón hereditario que desafía el modo habitual en que la información genética se comparte entre generaciones de seres vivos.

En la reproducción sexual normal de las especies que contienen dos copias de cada cromosoma, su descendencia adquiere solo una copia de un cromosoma de cada padre, lo que significa que una variante génica particular tiene un 50 por ciento de probabilidad de heredarse. Sin embargo, hay determinadas secuencias de ADN, llamadas «genes egoístas», que pueden incrementar en cada generación su frecuencia en el genoma, aunque no le confieran ninguna ventaja biológica (en inglés fitness) a la descendencia. En 2003, el biólogo evolutivo Austin Burt propuso un modo de aprovechar los genes egoístas para extender nuevos caracteres más eficientemente y asegurarse de que la descendencia tuviera un 100 por cien de probabilidad de heredar un determinado segmento de ADN ⁷⁹ . Pero su idea dependía de una tecnología que aún no existía en ese momento: enzimas de corte de ADN fácilmente programables que permitieran una edición génica sencilla.

CRISPR entra en escena. En el verano de 2014, el grupo de George Church en Harvard planteó, a propuesta de Kevin Esvelt, un modo de diseñar y construir genes dirigidos con la ayuda de una edición génica eficiente ⁸⁰ . Esencialmente, la idea se basa en lo que se denomina una aproximación knock-in, en la cual los científicos usan CRISPR para cortar el ADN en una localización concreta e insertan una nueva secuencia de letras en el corte. Sin embargo, en la genética dirigida hay una diferencia importante: parte del ADN añadido contiene la información que codifica para el mismo CRISPR. Como en un tema clásico de ciencia ficción en el que una máquina se autorreplica, en la genética dirigida CRISPR puede copiarse autónomamente a sí mismo en nuevos cromosomas, lo que le permite crecer exponencialmente dentro de la población. Esvelt teorizó que combinando CRISPR con diversos cargamentos, como genes de resistencia a patógenos, los científicos podrían programar CRISPR no solo para copiarse a sí mismo, sino también cualquier otra secuencia de ADN deseada.

Resulta que la genética dirigida es tan efectiva como la teoría había predicho. A principios de 2015, Ethan Bier y su estudiante Valentino Gantz, de la Universidad de California, San Diego, presentaron el primer caso de genética dirigida usando CRISPR en la mosca del vinagre para extender en el genoma un gen de pigmentación defectuoso ⁸¹ . El resultado: el 97 por ciento de las moscas editadas tenían un nuevo color, amarillo claro, en lugar de marrón amarillento, el color habitual de la especie. En medio año, el mismo grupo amplió su experimento piloto inicial de moscas del vinagre a mosquitos con unos resultados muy prometedores. Solo que, en lugar de simplemente cambiar el color del insecto, en este nuevo experimento de genética dirigida expandieron un gen que confería a la descendencia resistencia a Plasmodium falciparum, el parásito responsable de cientos de millones de infecciones anuales de malaria ⁸² . La tasa de éxito en los mosquitos silvestres en los que se probó este nuevo experimento de genética dirigida fue aún mayor: 99,5 por ciento.

FIGURA 23

Uso de CRISPR para generar mosquitos con genética dirigida

Pero si el primero de estos casos de genética dirigida (para la pigmentación) parece benigno y el segundo (para la resistencia a la malaria) parece beneficioso, consideren un tercer ejemplo. Trabajando independientemente de los investigadores de California, un grupo de investigadores británicos —entre ellos Austin Burt, el biólogo que promovió el concepto de genética dirigida— creó una forma de genética dirigida altamente transmisible que extiende genes de esterilidad femenina ⁸³ . Ya que la característica de esterilidad es recesiva, los genes se extenderían rápidamente por la población, incrementando su frecuencia hasta que suficientes hembras adquirieran dos copias, momento en el cual la población colapsaría bruscamente. En lugar de erradicar la malaria alterando genéticamente a los mosquitos para evitar que transmitan la enfermedad, esta estrategia ofrecía un instrumento más contundente: uno que podría aniquilar poblaciones enteras dificultando su reproducción. Si se mantuviera en poblaciones silvestres de mosquito, podría finalmente conducir al completo exterminio de esa especie.

No es la primera vez que los científicos han utilizado la ingeniería genética para reducir poblaciones de insectos. Una práctica común llevada a cabo durante décadas involucra la liberación al medio ambiente de machos esterilizados; esta técnica ha eliminado casi completamente ciertas plagas agrícolas de Norte y Centroamérica ⁸⁴ . Otro enfoque desarrollado por una empresa británica llamada Oxitec inserta un gen letal en el genoma del mosquito, y los ensayos de campo ya han comenzado en Malasia, Brasil y Panamá ⁸⁵ . Sin embargo, estas estrategias son autolimitantes; las alteraciones genéticas se eliminan rápidamente por selección natural y el único modo de que tengan impacto sobre las poblaciones de mosquito es la liberación repetida de grandes cantidades de insectos modificados.

En contraste, la genética dirigida con CRISPR se mantiene a sí misma; dado que el modo de herencia parece burlar a la selección natural, los insectos modificados se propagan transmitiendo sus caracteres defectuosos indefinidamente. Esa exhaustividad es lo que hace a la genética dirigida tan poderosa —y tan alarmante—. Se ha calculado que, si una sola mosca del vinagre se hubiera escapado del laboratorio de San Diego durante los primeros experimentos de genética dirigida, los genes que codifican CRISPR, y el carácter de cuerpo amarillo claro asociado, se habrían extendido entre el 20 y el 50 por ciento de la población mundial de moscas del vinagre ⁸⁶ .

Los científicos que están poniendo en práctica genética dirigida han sido muy francos sobre la necesidad de sopesar cuidadosamente todos los riesgos antes de realizar más experimentos y sobre la importancia de desarrollar directrices que garanticen que la investigación futura proceda con seguridad ⁸⁷ . Tal vez la garantía más obvia para evitar liberar accidentalmente la genética dirigida al mundo sería su estricta contención mediante barreras físicas que separen a los organismos del medio ambiente y mediante barreras ecológicas entre la zona habitable del animal y la localización geográfica del laboratorio. En una conferencia reciente en la que Ethan Bier presentó su investigación, mostró a la audiencia imágenes de los exhaustivos sistemas de contención puestos en práctica para prevenir la liberación accidental de los insectos investigados. Pero si todo fallara, los investigadores han propuesto una variedad de estrategias que teóricamente podrían inactivar los genes dirigidos que hubieran escapado. Una de estas es la llamada dirección reversa, una genética dirigida que funciona esencialmente como antídoto, reescribiendo cualquier cambio introducido en el genoma por la genética dirigida original ⁸⁸ .

Incluso con el planteamiento experimental más prudente, no podemos predecir todos los efectos medioambientales que la genética dirigida podría tener y no podemos descartar completamente la posibilidad de que escape de control y rompa el delicado equilibrio de un ecosistema. Estos riesgos se reflejaron en un informe recientemente presentado por las Academia Nacional de Ciencias, Ingeniería y Medicina de Estados Unidos que apoyaba la investigación en marcha y los ensayos de campo limitados, pero evitaba recomendar que la genética dirigida se liberara al medio ambiente ⁸⁹ .

Tampoco hay modo de garantizar que esta poderosísima herramienta no caiga en manos de gente que no tenga escrúpulos a la hora de usar la genética dirigida para causar perjuicios —y que de hecho podría sentirse atraída por ella precisamente con este propósito—. El Grupo ETC, una organización para el control biotécnológico, está preocupado por que la genética dirigida —que denominan «bombas génicas»— se pudiera militarizar y convertir en arma para atacar el microbioma humano o las principales fuentes de alimentación ⁹⁰ .

Pero por muy preocupantes que puedan ser los experimentos de genética dirigida, tal vez nos resulte imposible justificar que la mantengamos encerrada en el laboratorio. Como escribió Austin Burt, «claramente, la tecnología aquí descrita no se debe tomar a la ligera y, dado el sufrimiento que ciertas especies causan, obviamente tampoco puede ignorarse» ⁹¹ . La genética dirigida nos podría ayudar a tratar problemas globales en la agricultura, la conservación y la salud humana de un modo mucho más selectivo de lo que han permitido procedimientos anteriores. Entre las aplicaciones que se han propuesto está la reversión de las causas genéticas de la resistencia a herbicidas y pesticidas que han evolucionado en los organismos que amenazan la agricultura, el fomento de la biodiversidad mediante el control, o incluso la erradicación, de poblaciones invasoras como las carpas asiáticas, el sapo de la caña y los ratones, o la erradicación de enfermedades infecciosas como la enfermedad de Lyme, causada por determinadas bacterias transmitidas por garrapatas, y la esquistosomiasis, causada por gusanos planos parásitos transmitidos por caracoles acuáticos ⁹² . Pero lo que goza de un mayor impulso, con diferencia, es el empleo de la genética dirigida en mosquitos.

Los mosquitos causan más sufrimiento humano que ninguna otra criatura en la Tierra. Las enfermedades transmitidas por mosquitos —malaria, virus del dengue, virus del Nilo Occidental, virus Chikungunya, virus Zika y muchas otras— causan un número de víctimas mortales que superan anualmente el millón ⁹³ . La genética dirigida basada en CRISPR podría ser la mejor arma que tengamos contra esta amenaza global, ya sea para evitar que los mosquitos alberguen ciertos patógenos específicos o para eliminar a estos insectos por completo. Además, estrategias como CRISPR pueden ser más seguras que los pesticidas tóxicos y ofrecen el atractivo de resolver problemas biológicos con biología.

¿Será una bendición o una maldición librarse de pronto de las plagas aladas que han habitado la Tierra durante más de cien millones de años? Sorprendentemente, los científicos no parecen demasiado preocupados por un mundo sin mosquitos. Como expuso un entomólogo, «si los erradicáramos mañana, a los ecosistemas donde están activos les entraría un poco de hipo y luego seguirían con su vida normal» ⁹⁴ . Si no estuviera equivocado y pudiéramos tener un mundo libre de los estragos causados por las enfermedades transmitidas por mosquitos, ¿podríamos justificar el no arriesgarnos?

Planteo estas preguntas porque también yo estoy buscando la respuesta. Nos jugamos tanto que estos se han convertido en algunos de los asuntos científicos más urgentes a los que nos enfrentamos hoy en día. Es fundamental que todos sopesemos cómo debería utilizarse esta nueva biotecnología en el mundo animal y vegetal. Tengo la esperanza de que podremos responder estas preguntas con un plan de educación concertado y un profundo examen de conciencia, y de que podremos beneficiarnos de la edición génica de fauna y flora evitando caer en sus mayores trampas.

A pesar de todo, como muchos otros científicos, a veces no puedo evitar considerar el trabajo que se está llevando a cabo con plantas y animales como un ensayo general para alcanzar la meta final de la edición génica. Me refiero, por supuesto, a la idea que Emmanuelle y yo tuvimos cuando considerábamos por primera vez el resultado de nuestra colaboración: el sueño de que, algún día, nuestro trabajo ayudaría a reescribir el ADN de pacientes humanos para curar enfermedades.

1 . P. Piffanelli et al., «A Barley Cultivation-Associated Polymorphism Conveys Resistance to Powdery Mildew», Nature 430 (2004): 887-891. 2 . N. V. Federoff y N. M. Brown, Mendel in the Kitchen: A Scientist’s View of Genetically Modified Foods (Washington, DC: Joseph Henry Press, 2004), 54. 3 . J. H. Jørgensen, «Discovery, Characterization and Exploitation of Mlo Powdery Mildew Resistance in Barley», Euphytica 63 (1992): 141-152. 4 . R. Büschges et al., «The Barley Mlo Gene: A Novel Control Element of Plant Pathogen Resistance», Cell 88 (1997): 695-705. 5 . W. Jiang et al., «Demonstration of CRISPR/Cas9/sgRNA-Mediated Targeted Gene Modification in Arabidopsis, Tobacco, Sorghum and Rice», Nucleic Acids Research 41 (2013): e188; N. M. Butler et al., «Generation and Inheritance of Targeted Mutations in Potato (Solanum Tuberosum L.) Using the CRISPR/Cas System», PLoS ONE 10 (2015): e0144591; S. S. Hall, «Editing the Mushroom», Scientific American 314 (2016): 56-63. 6 . H. Jia y N. Wang, «Targeted Genome Editing of Sweet Orange Using Cas9/sgRNA», PLoS ONE 9 (2014): e93806. 7 . S. Nealon, «Uncoding a Citrus Tree Killer», UCR Today , 9 de febrero de 2016. 8 . D. Cyranoski, «CRISPR Tweak May Help Gene-Edited Crops Bypass Biosafety Regulation», Nature News, 19 de octubre de 2015. 9 . A. Chaparro-Garcia, S. Kamoun y V. Nekrasov, «Boosting Plant Immunity with CRISPR/Cas», Genome Biology 16 (2015): 254-257. 10 . W. Haun et al., «Improved Soybean Oil Quality by Targeted Mutagenesis of the Fatty Acid Desaturase 2 Gene Family», Plant Biotechnology Journal 12 (2014): 934-940. 11 . B. M. Clasen et al., «Improving Cold Storage and Processing Traits in Potato Through Targeted Gene Knockout», Plant Biotechnology Journal 14 (2016): 169-176. 12 . United States Department of Agriculture, «Glossary of Agricultural Biotechnology Terms», última modificación, 27 de febrero de 2013, https://www.usda.gov/topics/biotechnology/biotechnology-glossary . 13 . USDA Economic Research Service, «Adoption of Genetically Engineered Crops in the U.S.», última modificación, 14 de julio de 2016, www.ers.usda.gov/data-products/adoption-of-genetically-engineered-crops-in-the-us.aspx. 14 . Pew Research Center, «Eating Genetically Modified Foods», www.pewinternet.org/2015/01/29/public-and-scientists-views-on-science-and-society/pi_2015-01-29_science-and-society-03-02/ . 15 . J. W. Woo et al., «DNA-Free Genome Editing in Plants with Preassembled CRISPR-Cas9 Ribonucleoproteins», Nature Biotechnology 33 (2015): 1162-1164. 16 . «Breeding controls», Nature 532 (2016): 147. 17 . H. Ledford, «Gene-Editing Surges as US Rethinks Regulations», Nature News, 12 de abril de 2016. 18 . A. Regalado, «DuPont Predicts CRISPR Plants on Dinner Plates in Five Years», MIT Technology Review, 8 de octubre de 2015. 19 . E. Waltz, «A Face-Lift for Biotech Rules Begins», Nature Biotechnology 33 (2015): 1221-1222. 20 . M. C. Jalonick, «Obama Signs Bill Requiring Labeling of GMO Foods», Washington Post, 29 de julio de 2016. 21 . C. Harrison, «Going Swimmingly: AquaBounty’s GM Salmon Approved for Consumption After 19 Years», SynBioBeta, 23 de noviembre de 2015, http://synbiobeta.com/news/aquabounty-gm-salmon/ . 22 . A. Pollack, «Genetically Engineered Salmon Approved for Consumption», New York Times, 19 de noviembre de 2015. 23 . W. Saletan, «Don’t Fear the Frankenfish», Slate, 20 de noviembre de 2015, www.slate.com/articles/health_and_science/science/2015/11/genetically_engineered_aquabounty_salmon_safe_fda_decides.html . 24 . A. Kopicki, «Strong Support for Labeling Modified Foods», New York Times, 27 de julio de 2013. 25 . Friends of the Earth, «FDA’s Approval of GMO Salmon Denounced», www.foe.org/news/2015-11-fdas-approval-of-gmo-salmon-denounced/ . 26 . K. Saeki et al., «Functional Expression of a Delta12 Fatty Acid Desaturase Gene from Spinach in Transgenic Pigs», Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 101 (2004): 6361-6366. 27 . S. P. Golovan et al., «Pigs Expressing Salivary Phytase Produce Low-Phosphorus Manure», Nature Biotechnology 19 (2001): 741-745. 28 . C. Perkel, «University of Guelph “Enviropigs” Put Down, Critics Blast “Callous” Killing», Huffington Post Canada, 21 de junio de 2012. 29 . R. Kambadur et al., «Mutations in Myostatin (GDF8) in Double-Muscled Belgian Blue and Piedmontese Cattle», Genome Research 7 (1997): 910-916. 30 . A. C. McPherron, A. M. Lawler y S. J. Lee, «Regulation of Skeletal Muscle Mass in Mice by a New TGF-ß Superfamily Member», Nature 387 (1997): 83-90. 31 . A. Clop et al., «A Mutation Creating a Potential Illegitimate microRNA Target Site in the Myostatin Gene Affects Muscularity in Sheep», Nature Genetics 38 (2006): 813-818. 32 . D. S. Mosher et al., «A Mutation in the Myostatin Gene Increases Muscle Mass and Enhances Racing Performance in Heterozygote Dogs», PLoS Genetics 3 (2007): e79. 33 . M. Schuelke et al., «Myostatin Mutation Associated with Gross Muscle Hypertrophy in a Child», New England Journal of Medicine 350 (2004): 2682-2688. 34 . E. P. Zehr, «The Man of Steel, Myostatin, and Super Strength», Scientific American, 14 de junio de 2013. 35 . L. Qian et al., «Targeted Mutations in Myostatin by Zinc-Finger Nucleases Result in Double-Muscled Phenotype in Meishan Pigs», Scientific Reports 5 (2015): 14435. 36 . X. Wang et al., «Generation of Gene-Modified Goats Targeting MSTN and FGF5 via Zygote Injection of CRISPR/Cas9 System», Scientific Reports 5 (2015): 13878. 37 . S. Reardon, «Welcome to the CRISPR Zoo», Nature News, 9 de marzo de 2016. 38 . A. Harmon, «Open Season Is Seen in Gene Editing of Animals», New York Times, 26 de noviembre de 2015. 39 . C. Whitelaw et al., «Genetically Engineering Milk», Journal of Dairy Research 83 (2016): 3-11. 40 . D. J. Holtkamp et al., «Assessment of the Economic Impact of Porcine Reproductive and Respiratory Syndrome Virus on United States Pork Producers», Journal of Swine Health and Production 21 (2013): 72-84. 41 . K. M. Whitworth et al., «Use of the CRISPR/Cas9 System to Produce Genetically Engineered Pigs from In Vitro-Derived Oocytes and Embryos», Biology of Reproduction 91 (2014): 1-13. 42 . K. M. Whitworth et al., «Gene-Edited Pigs Are Protected from Porcine Reproductive and Respiratory Syndrome Virus», Nature Biotechnology 34 (2016): 20-22. 43 . Center for Food Security and Public Health, «African Swine Fever», www.cfsph.iastate.edu/Factsheets/pdfs/african_swine_fever.pdf . 44 . C. J. Palgrave et al., «Species-Specific Variation in RELA Underlies Differences in NF-K B Activity: A Potential Role in African Swine Fever Pathogenesis», Journal of Virology 85 (2011): 6008-6014. 45 . S. G. Lillico et al., «Mammalian Interspecies Substitution of Immune Modulatory Alleles by Genome Editing», Scientific Reports 6 (2016): 21645. 46 . H. Devlin, «Could These Piglets Become Britain’s First Commercially Viable GM Animals?», Guardian, 23 de junio de 2015. 47 . B. Graf y M. Senn, «Behavioural and Physiological Responses of Calves to Dehorning by Heat Cauterization with or Without Local Anaesthesia», Applied Animal Behaviour Science 62 (1999): 153-171. 48 . I. Medugorac et al., «Bovine Polledness — an Autosomal Dominant Trait with Allelic Heterogeneity», PLoS ONE 7 (2012): e39477. 49 . D. F. Carlson et al., «Production of Hornless Dairy Cattle from Genome-Edited Cell Lines», Nature Biotechnology 34 (2016): 479-481. 50 . K. Grens, «GM Calves Move to University», Scientist, 21 de diciembre de 2015. 51 . N. Rosenthal y Steve Brown, «The Mouse Ascending: Perspectives for Human-Disease Models», Nature Cell Biology 9 (2007): 993-999; www.findmice.org/repository . 52 . B. Shen et al., «Generation of Gene-Modified Cynomolgus Monkey via Cas9/RNA-Mediated Gene Targeting in One-Cell Embryos», Cell 156 (2014): 836-843. 53 . H. Wan et al., «One-Step Generation of p53 Gene Biallelic Mutant Cynomolgus Monkey via the CRISPR/Cas System», Cell Research 25 (2015): 258-261. 54 . Y. Chen et al., «Functional Disruption of the Dystrophin Gene in Rhesus Monkey Using CRISPR/Cas9», Human Molecular Genetics 24 (2015): 3764-3774. 55 . Z. Tu et al., «CRISPR/ Cas9: A Powerful Genetic Engineering Tool for Establishing Large Animal Models of Neurodegenerative Diseases», Molecular Neurodegeneration 10 (2015): 35-42; Z. Liu et al., «Generation of a Monkey with MECP2 Mutations by TALEN-Based Gene Targeting», Neuroscience Bulletin 30 (2014): 381-386. 56 . C. Sheridan, «FDA Approves “Farmaceutical” Drug from Transgenic Chickens», Nature Biotechnology 34 (2016): 117-119. 57 . L. R. Bertolini et al., «The Transgenic Animal Platform for Biopharmaceutical Production», Transgenic Research 25 (2016): 329-343. 58 . J. Peng et al., «Production of Human Albumin in Pigs Through CRISPR/Cas9-Mediated Knockin of Human cDNA into Swine Albumin Locus in the Zygotes», Scientific Reports 5 (2015): 16705. 59 . D. Cooper et al., «The Role of Genetically Engineered Pigs in Xenotransplantation Research», Journal of Pathology 238 (2016): 288-299. 60 . U.S. Department of Health and Human Services, «The Need Is Real: Data», www.organdonor.gov/about/data.html . 61 . L. Yang et al., «Genome-Wide Inactivation of Porcine Endogenous Retroviruses (PERVs)», Science 350 (2015): 1101-1104. 62 . A. Regalado, «Surgeons Smash Records with Pig-to-Primate Organ Transplants», MIT Technology Review, 12 de agosto de 2015. 63 . D. Cyranoski, «Gene-Edited “Micropigs” to Be Sold as Pets at Chinese Institute», Nature News, 29 de septiembre de 2015. 64 . X. Wang et al., «One-Step Generation of Triple Gene-Targeted Pigs Using CRISPR/Cas9 System», Scientific Reports 6 (2016): 20620. 65 . D. Cyranoski, «Gene-Edited “Micropigs” to Be Sold as Pets at Chinese Institute», Nature News, 29 de septiembre de 2015. 66 . C. Maldarelli, «Although Purebred Dogs Can Be Best in Show, Are They Worst in Health?», Scientific American, 21 de febrero de 2014. 67 . Q. Zou et al., «Generation of Gene-Target Dogs Using CRISPR/Cas9 System», Journal of Molecular Cell Biology 7 (2015): 580-583. 68 . A. Regalado, «First Gene-Edited Dogs Reported in China», MIT Technology Review, 19 de octubre de 2015. 69 . A. Martin et al., «CRISPR/Cas9 Mutagenesis Reveals Versatile Roles of Hox Genes in Crustacean Limb Specification and Evolution», Current Biology 26 (2016): 14-26. 70 . M. Evans, «Could Scientists Create Dragons Using CRISPR Gene Editing?», BBC News, 3 de enero de 2016. 71 . R. A. Charo y H. T. Greely, «CRISPR Critters and CRISPR Cracks», American Journal of Bioethics 15 (2015): 11-17. 72 . B. Switek, «How to Resurrect Lost Species», National Geographic News, 11 de marzo de 2013; S. Blakeslee, «Scientists Hope to Bring a Galapagos Tortoise Species Back to Life», New York Times, 14 de diciembre de 2015. 73 . J. Folch et al., «First Birth of an Animal from an Extinct Subspecies (Capra pyrenaica pyrenaica) by Cloning», Theriogenology 71 (2009): 1026-1034. 74 . K. Loria y D. Baer, «Korea’s Radical Cloning Lab Told Us About Its Breathtaking Plan to Bring Back the Mammoth», Tech Insider, 10 de septiembre de 2015. 75 . V. J. Lynch et al., «Elephantid Genomes Reveal the Molecular Bases of Woolly Mammoth Adaptations to the Arctic», Cell Reports 12 (2015): 217-228. 76 . J. Leake, «Science Close to Creating a Mammoth», Sunday Times, 22 de marzo de 2015. 77 . B. Shapiro, «Mammoth 2.0: Will Genome Engineering Resurrect Extinct Species?», Genome Biology 16 (2015): 228-230. 78 . Long Now Foundation, «What We Do», http://reviverestore.org/what-we-do/ . 79 . A. Burt, «Site- Specific Selfish Genes as Tools for the Control and Genetic Engineering of Natural Populations», Proceedings of the Royal Society of London B 270 (2003): 921-928. 80 . K. M. Esvelt et al., «Concerning RNA-Guided Gene Drives for the Alteration of Wild Populations», eLife 3 (2014): e03401. 81 . V. M. Gantz y E. Bier, «The Mutagenic Chain Reaction: A Method for Converting Heterozygous to Homozygous Mutations», Science 348 (2015): 442-444. 82 . V. M. Gantz et al., «Highly Efficient Cas9-Mediated Gene Drive for Population Modification of the Malaria Vector Mosquito Anopheles stephensi», Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 112 (2015): E6736-743. 83 . A. Hammond et al., «A CRISPR-Cas9 Gene Drive System Targeting Female Reproduction in the Malaria Mosquito Vector Anopheles gambiae», Nature Biotechnology 34 (2016): 78-83. 84 . L. Alphey et al., «Sterile-Insect Methods for Control of Mosquito-Borne Diseases: An Analysis», Vector Borne and Zoonotic Diseases 10 (2010): 295-311. 85 . L. Alvarez, «A Mosquito Solution (More Mosquitoes) Raises Heat in Florida Keys», New York Times, 19 de febrero de 2015. 86 . «Gene Intelligence», Nature 531 (2016): 140. 87 . O. S. Akbari et al., «Biosafety: Safeguarding Gene Drive Experiments in the Laboratory», Science 349 (2015): 927-929. 88 . J. E. DiCarlo et al., «Safeguarding CRISPR-Cas9 Gene Drives in Yeast», Nature Biotechnology 33 (2015): 1250-1255. 89 . National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine, «Gene Drives on the Horizon: Advancing Science, Navigating Uncertainty, and Aligning Research with Public Values», http://nas-sites.org/gene-drives/ . 90 . ETC Group, «Stop the Gene Bomb! ETC Group Comment on NAS Report on Gene Drives», 8 de junio de 2016, www.etcgroup.org/content/stop-gene-bomb-etc-group-comment-nas-report-gene-drives. 91 . A. Burt, «Site-Specific Selfish Genes as Tools for the Control and Genetic Engineering of Natural Populations», Proceedings of the Royal Society of London B 270 (2003): 921-928. 92 . B. J. King, «Are Genetically Engineered Mice the Answer to Combating Lyme Disease?», NPR , 16 de junio de 2016. 93 . American Mosquito Control Association, «Mosquito-Borne Diseases», www.mosquito.org/mosquito-borne-diseases . 94 . J. Fang, «Ecology: A World Without Mosquitoes», Nature 466 (2010): 432-434.

6

SANAR AL ENFERMO

Cuando 2015 llegaba a su fin estaba completando las tareas habituales de final del semestre: calificando a mis estudiantes, haciendo presupuestos de los proyectos y definiendo objetivos de investigación para el año siguiente. Sin embargo, al mismo tiempo también me estaba preparando para una tarea muy diferente: una presentación que haría junto al entonces vicepresidente Joe Biden en el Foro Económico Mundial de Davos, Suiza, en enero de 2016.

La invitación para hablar junto al vicepresidente había sido el voto de confianza más reciente para CRISPR como potencial herramienta médica. Ya había estado planeando viajar a Davos, donde los lideres de la sociedad civil y del sector privado se reúnen cada invierno para discutir temas acuciantes de importancia global. Sería la segunda vez que asistiera al foro, y en esta visita, como en la anterior, me habían pedido que hablara sobre la tecnología CRISPR y su impacto económico global y social, incluyendo los efectos que tendría sobre el mundo de la medicina.

Pero la invitación del vicepresidente Biden era tal vez la confirmación más rotunda de la importancia de esta tecnología para el campo de la salud pública. Casi tan poderosa como las implicaciones para la investigación en CRISPR era la razón que había motivado la invitación: Biden comparecería en rueda de prensa, junto a científicos y médicos, para anunciar una iniciativa del presidente Obama para coordinar esfuerzos en el tratamiento y curación del cáncer. Siguiendo la tradición del programa espacial americano de los sesenta, donde se decidió —y en un corto plazo se consiguió— enviar seres humanos a la Luna, este «alunizaje en el cáncer» tenía como objetivo movilizar a las mejores y más brillantes mentes para encontrar curas contra todas las variantes del cáncer. El hecho de que el hijo de Biden, Beau, hubiera fallecido recientemente tras una batalla de varios años contra un cáncer cerebral hacía que la ocasión fuera más emotiva y nos permitía observar de cerca la tragedia y el dolor indiscriminado que el cáncer causa a tantas familias.

Aunque me costó trabajo convencerle, pude reclutar a un colega para que cubriera mis clases de enero y así llegar pronto a Davos para participar en la reunión organizada por Biden, que resultó ser tan fascinante como conmovedora. Aprendí mucho de los demás asistentes, muchos de ellos científicos involucrados en la investigación sobre el cáncer, el desarrollo de medicamentos y el trabajo clínico. Mientras compartían los últimos descubrimientos de este enorme sector del mundo médico, sus revelaciones me hicieron ver lo lejos que hemos llegado en el tratamiento del cáncer desde la breve batalla de mi padre contra el melanoma en 1995. También me hizo ser consciente de todo lo que nos queda por recorrer para encontrar tratamientos efectivos contra el cáncer, no digamos ya curas, y una vez más me recordó la manera en que CRISPR puede acelerar el proceso.

En la conferencia de prensa, mientras discutía la tecnología CRISPR y las implicaciones de esta herramienta para el tratamiento del cáncer, miré hacia la plataforma de las cámaras de televisión y a la multitud de periodistas que atendían. De pronto me dio la impresión de que estaba observando el evento desde el punto de vista de los reporteros, preguntándome qué estaba haciendo una bioquímica de ARN sentada junto a médicos que habían dedicado sus carreras a descubrir remedios contra el cáncer. Me enorgullecía estar ahí y a la vez me conmovía pensar en lo lejos que había llegado, tanto literal como metafóricamente, para estar discutiendo un asunto trascendental de salud pública al lado del vicepresidente de los Estados Unidos.

Entre políticos y científicos, y también cada vez más entre el público, comienza a apreciarse el importante papel que la edición génica puede desempeñar en el desarrollo de nuevos tratamientos o incluso curas de enfermedades. Además del apoyo federal para estas terapias a través de la financiación de proyectos de investigación académicos, el sector privado está comenzando a involucrarse. Científicos académicos, incluyéndonos a Emmanuelle y a mí, han fundado tres empresas emergentes para desarrollar terapias, dos con sede en Cambridge, Massachusetts, y una en Basilea, Suiza, respaldadas por cientos de millones de dólares de capital riesgo ⁹⁵ . Mientras escribo esto, las tres ya cotizan en bolsa. La Universidad de Pensilvania está llevando a cabo el primer ensayo clínico para su aprobación en Estados Unidos, con apoyo financiero del billonario de Internet Sean Parker ⁹⁶ . Un nuevo instituto biotecnológico en San Francisco, afiliado con Berkeley y la Universidad de Stanford, se está beneficiando de una contribución muy generosa de más de 500 millones de dólares del cofundador de Facebook Mark Zuckerberg y su mujer, la pediatra Priscilla Chan ⁹⁷ . En el área de la bahía de San Francisco, tuve el privilegio de inaugurar el Instituto de Genómica Innovativa, cuyo objetivo es utilizar tecnologías como CRISPR para liderar la revolución en ingeniería genética en la lucha contra la enfermedad ⁹⁸ .

Si estos recientes ejemplos sirven de muestra, CRISPR va a estar presente en el futuro de la medicina y va a sellar nuevas alianzas y asociaciones con patrocinio público-privado. Pero no tenemos que esperar para comprender el poder de CRISPR en la prevención de enfermedades. La evidencia está delante de nosotros.

El trabajo preclínico con modelos animales está demostrando la increíble capacidad de CRISPR para localizar y reparar genes mutados en animales vivos. En diciembre de 2013, menos de un año después de que varios laboratorios, incluyendo el mío, consiguieran usar con éxito moléculas de CRISPR derivadas de bacterias para editar el genoma de células humanas, un grupo de investigadores chinos programaron las mismas moléculas de CRISPR para localizar y reparar una mutación de seis letras entre los 2,8 millones de letras de ADN del genoma de ratón. De este modo, por primera vez, consiguieron curar definitivamente una enfermedad genética en un animal vivo usando CRISPR ⁹⁹ .

La noticia me impresionó, aunque no puedo decir que estuviera sorprendida dado lo rápido que se estaba implementando esta tecnología. Pero, aun así, el logro de estos investigadores representaba algo trascendental: era la primera de una nueva clase de terapias génicas exquisitamente precisas y parecía marcar una nueva era en medicina; una era en la que algunas de las más de siete mil enfermedades genéticas humanas causadas por la mutación de un único gen podrían ser curadas gracias a una herramienta genética que servía para todo.

Los experimentos de China probaron esta posibilidad curando a un ratón con cataratas congénitas, una enfermedad en la que un gen defectuoso causa opacidad ocular y pérdida de visión. En los dos años siguientes, los científicos usaron CRISPR para curar la distrofia muscular en ratones (una enfermedad degenerativa muscular severa), así como varias enfermedades metabólicas que afectan al hígado. Mientras tanto, trabajando con células humanas en cultivo, muchas de las cuales derivan de muestras de tejidos de pacientes, cientos de investigadores estaban usando CRISPR para reparar el creciente número de mutaciones de ADN que se están asociando con algunas de las enfermedades genéticas más devastadoras que existen, desde la anemia falciforme y la hemofilia hasta la fibrosis quística y la inmunodeficiencia combinada severa. Independientemente de que el problema subyacente estuviera causado por letras incorrectas de ADN, letras ausentes, letras insertadas por accidente o incluso grandes anomalías cromosómicas, parecía que ningún error en un gen era lo suficientemente grande como para que CRISPR no lo arreglara.

La utilidad potencial de la edición génica terapéutica va mucho más allá de la simple reversión de genes mutantes a su estado sano. Algunos científicos están empleando CRISPR en células humanas para bloquear infecciones virales, del mismo modo que este sistema de defensa evolucionó de modo natural en bacterias. De hecho, los primeros ensayos clínicos que usan edición génica están destinados a curar el VIH/sida editando las propias células inmunes del paciente para que el virus no pueda penetrar en ellas. Y otro hito titánico ha sido la primera vida humana salvada mediante edición génica en combinación con otra innovación emergente en medicina: inmunoterapia del cáncer, en la que se entrena al propio sistema inmune corporal para identificar y matar a las células cancerosas.

Es fácil caer en la euforia. El hecho de que la edición génica pueda revertir el curso de una enfermedad —permanentemente— dirigiéndose contra su causa genética subyacente es apasionante. Pero lo es mucho más el hecho de que CRISPR se pueda rediseñar para modificar nuevas secuencias de ADN y, por tanto, tratar nuevas enfermedades. Dado el tremendo potencial de CRISPR, ya me he acostumbrado a que en los últimos años grandes compañías farmacéuticas se pongan en contacto conmigo para pedirme que les instruya sobre la tecnología CRISPR y cómo se podría emplear en la búsqueda de nuevas terapias.

Pero la edición génica terapéutica todavía está en pañales —de hecho, los ensayos clínicos solo acaban de comenzar— y aún quedan grandes preguntas acerca de cómo progresarán las cosas a partir de ahora. La lucha de décadas para convertir en realidad la promesa de la terapia génica debe servir como recordatorio de que los avances médicos, casi siempre, son más complicados de lo que parecen. El camino que lleva del laboratorio a la clínica también será largo y desigual para CRISPR.

Uno de los muchos dilemas a los que se enfrentan los investigadores es decidir qué tipos de células tratar: ¿deberían editar células somáticas (del griego somatikos, ‘corporal’) o células germinales (del latín germen, referido a ‘yema’ o ‘brote’)? La elección entre estos dos tipos de células centra uno de los debates más intensos y fundamentales en el mundo actual de la medicina.

Las células germinales son aquellas cuyo genoma puede ser heredado por las siguientes generaciones y, por tanto, contribuirán a la línea germinal del organismo —la corriente de material genético que pasa de una generación a la siguiente—. Aunque los óvulos y los espermatozoides son las células germinales más obvias en los seres humanos, la línea germinal también incluye a los progenitores de estas células sexuales maduras, así como a sus células madre en las primeras fases del desarrollo del embrión humano.

Las células somáticas son prácticamente el resto de las células del organismo: corazón, músculo, cerebro, piel, hígado —cualquier célula cuyo ADN no se trasmita a la descendencia—.

Los genetistas que trabajan con ratones (y los criadores de animales en general) no han dejado pasar la oportunidad de alterar las células germinales usando CRISPR. Esto se debe a que alterar la línea germinal es la forma más sencilla de demostrar la

FIGURA 24

Distinción entre células somáticas y germinales

capacidad curativa de esta tecnología. Habitualmente, cuando un ratón con una mutación causante de enfermedad se hace adulto, es demasiado tarde para corregir el error, ya que lo que comenzó como un único error en el óvulo fertilizado se ha copiado en los miles de millones de células descendientes, haciendo prácticamente imposible eliminar hasta la última traza de la enfermedad. (Imagínense tratar de corregir un error en un artículo periodístico después de que los periódicos se hayan impreso y distribuido frente a corregirlo cuando el artículo no es más que un archivo de texto en el ordenador del editor.) Centrándose en la línea germinal, los científicos pueden enviar CRISPR al embrión en las primeras etapas del desarrollo y revertir la mutación en una única célula. A medida que el embrión se desarrolla formando un organismo adulto, el ADN reparado se copiará fielmente en cada célula hija, incluidas las células germinales, que finalmente transmitirán el genoma a las siguientes generaciones.

Pero mientras que la edición de la línea germinal ha sido útil como herramienta de investigación, su uso en seres humanos plantea retos de seguridad y éticos. ¿Realmente deberíamos estar manipulando el genoma de individuos que aún no han nacido y andar ajustando el acervo genético de Homo sapiens de un modo que no puede revertirse con facilidad? ¿Estamos preparados como especie para asumir el control —y la responsabilidad— de nuestra propia evolución, mutando intencionadamente nuestros genomas en lugar de dejar su estructura al azar? Estos temas son tremendamente espinosos y los trataré a fondo en los dos últimos capítulos de este libro.

Desde el punto de vista ético, la edición de células somáticas para tratar enfermedades genéticas es mucho menos conflictiva que editar las células germinales, ya que los cambios no pueden transmitirse a los descendientes de los pacientes. Sin embargo, en la práctica es mucho más complejo. Revertir la mutación causante de una enfermedad en una única célula germinal humana es mucho más simple que tratar de hacer lo mismo en algunos de los cincuenta billones de células somáticas que constituyen el cuerpo humano. Para conseguir eso, los científicos tendríamos que resolver antes una serie de problemas adicionales: pero debemos resolverlos si queremos ayudar a los muchos hombres, mujeres y jóvenes afligidos por enfermedades genéticas. En estos casos la edición de células germinales no conseguirá nada para evitar su sufrimiento. Ya es demasiado tarde para eso. La edición somática es el único camino.

Es difícil imaginar que la edición génica pueda revertir el curso de una enfermedad en cualquier ser humano, sobre todo en una persona adulta que ha estado viviendo con ella durante toda su vida. Para entonces, las raíces de la enfermedad son muy profundas y cambiar el ADN del paciente puede que no anule los efectos acumulados de un código genético defectuoso.

Está claro que existen límites a lo que podremos conseguir con CRISPR a este respecto. Algunas enfermedades no tienen una causa genética clara, y en algunas dolencias, como la esquizofrenia y la obesidad, la genética desempeña un papel complejo, con muchos genes implicados pero cada uno contribuyendo solo con un pequeño efecto. Dado lo difícil que será usar CRISPR para editar un solo gen en el cuerpo humano de un modo seguro y eficiente, no parece que vayamos a comenzar a editar varios genes simultáneamente en un futuro cercano.

CRISPR ofrece la mayor esperanza para tratar enfermedades monogénicas —aquellas causadas por un único gen mutado—. A nivel básico, estas enfermedades se presentan cuando el gen mutado provoca una proteína defectuosa o la falta completa de esta. Si la edición génica tiene éxito en restituir la producción normal de la proteína sana antes de que la mutación cause un daño irreversible, podrá servir como intervención puntual que perdurará el resto de la vida del paciente. Esto contrasta con los tratamientos existentes para enfermedades genéticas, que normalmente se basan en soluciones temporales que implican trasplantes o la administración continuada de medicamentos. Es importante resaltar que los médicos no tendrán que editar todas las células del cuerpo del paciente para curar una enfermedad genética. Aunque todas las células posean la mutación de ADN causante de la enfermedad, los síntomas frecuentemente se manifiestan solo en aquellos tejidos donde la función normal del gen mutado es más importante. Por ejemplo, las inmunodeficiencias afectan principalmente a los leucocitos, la enfermedad de Huntington afecta primariamente a las neuronas del cerebro y la fibrosis quística causa la mayor parte de sus daños en los pulmones. Dado que los efectos de las enfermedades genéticas tienden a ser localizados, las terapias necesitarán tratar las células de las partes más afectadas del cuerpo.

Eso no quiere decir que vaya a ser sencillo dirigir CRISPR hacia esos lugares, y menos aún que se introduzca en las células. El problema de su administración es uno de los mayores retos que las tecnologías de edición génica somática tendrán que afrontar.

Las estrategias disponibles para su introducción se pueden subdividir en dos categorías principales: edición génica in vivo (del latín, ‘dentro del ser vivo’, como se mencionó anteriormente) y edición génica ex vivo (del latín, ‘fuera del ser vivo’). En el primer procedimiento, CRISPR se administra directamente en el paciente para que haga su función en una localización concreta; en el segundo, las células del paciente se editan fuera del cuerpo y luego se reintegran en él. La terapia ex vivo es el procedimiento más sencillo, y dado que los científicos ya dominan la edición génica en el laboratorio, estamos más cerca de esta forma de terapia que de la de tipo in vivo . Otra ventaja de la edición génica ex vivo es que las células editadas genéticamente pueden someterse a rigurosos análisis de control de calidad antes de estar siquiera cerca del cuerpo del paciente.

FIGURA 25

Terapia ex vivo con CRISPR

Dado que la edición génica ex vivo requiere primero que los médicos obtengan células enfermas del cuerpo, esta terapia está especialmente indicada para el tratamiento de enfermedades sanguíneas. Usando una combinación de edición génica, donación de sangre y técnicas de transfusión, los médicos pueden tomar del paciente las células de sangre afectadas, editarlas usando CRISPR y devolverlas al sistema circulatorio.

Dos de las dianas más prometedoras para la terapia ex vivo con CRISPR son la anemia falciforme y la beta-talasemia. Estas se encuentran entre las enfermedades genéticas más frecuentes y ambas resultan de defectos moleculares en la hemoglobina, la proteína que constituye el componente principal de las células rojas y que transporta el oxígeno desde los pulmones hasta los distintos tejidos del cuerpo. Estos defectos moleculares están causados por mutaciones en el ADN del gen de la beta-globina que codifica una de las dos proteínas que forman la molécula de hemoglobina.

De hecho, la anemia falciforme y la beta-talasemia pueden curarse mediante trasplante de médula ósea. Cuando los médicos trasplantan la médula ósea de un individuo sano a un paciente enfermo, las abundantes células madre de sangre producen nuevas células rojas sanas durante el resto de la vida del paciente. Sin embargo, el problema con este tipo de trasplantes es que no hay tantos donantes adecuados que sean inmunológicamente compatibles con el paciente y que quieran someterse a un procedimiento tan invasivo. Incluso si se encuentra un donante compatible y el cuerpo del paciente acepta las células trasplantadas, este procedimiento todavía es arriesgado; muchos pacientes desarrollan la enfermedad del injerto contra huésped, un tipo de reacción inmune reversa que puede ser mortal.

La edición génica puede resolver este problema al permitir a los pacientes servir tanto de receptores como de donantes de células madre. Si los médicos son capaces de aislar células madre de médula ósea del paciente, reparar el gen mutado de la beta-globina con CRISPR y luego reintroducir en el paciente las células editadas, no tendrán que preocuparse de la existencia de donantes o del riesgo de un conflicto inmunológico entre el cuerpo del paciente y las células trasplantadas. Numerosos laboratorios han demostrado convincentemente que las células de un paciente pueden repararse con precisión en el laboratorio y que las células editadas producen grandes cantidades de hemoglobina sana; los investigadores incluso han puesto en evidencia que las células humanas editadas pueden funcionar en ratones inmunodeprimidos. Varios equipos de investigación académicos, así como compañías comerciales, están trabajando con vistas a que el procedimiento esté disponible para pacientes humanos.

Dados los recientes avances en el campo de la terapia génica ex vivo, hay buenas razones para ser optimista sobre los ensayos clínicos usando esta estrategia. (Recuerden que la edición génica repara genes mutados directamente en el genoma, mientras que la terapia génica inserta nuevos genes sanos en el genoma.) La empresa biotecnológica Bluebird Bio ha estado desarrollando un producto para tratar la beta-talasemia y la anemia falciforme insertando nuevos genes de la beta-globina en células madre de sangre, y de modo similar GlaxoSmithKline ha generado un medicamento de terapia génica eficiente en la cura de la inmunodeficiencia severa adquirida (SCID) mediante la inserción del gen que falta en el genoma. En ambos procedimientos, la estrategia general de la intervención es la misma: extraer las células del paciente y corregirlas en un tubo de ensayo para, a continuación, devolverlas al paciente. Sin embargo, la edición génica es probablemente un procedimiento más seguro, ya que afecta mínimamente al genoma.

El primer ensayo clínico para probar la edición génica ex vivo en seres humanos demostró lo prometedor y poderoso que puede llegar a ser este proceso. Irónicamente, la diana no era en absoluto una enfermedad genética, sino el virus de la inmunodeficiencia humana (VIH). Aunque este tratamiento se desarrolló antes de que existiera la tecnología CRISPR —utilizó la tecnología de las nucleasas con dedos de zinc (ZFN) descrita en el primer capítulo—, su éxito es un buen augurio para el posible uso de la edición génica en el combate contra esta pandemia y también para el tratamiento de muchas enfermedades genéticas.

Aunque parezca increíble, alguna gente tiene resistencia natural al VIH. A estas personas les faltan treinta y dos letras de ADN en el gen que codifica para una proteína llamada CCR5, que se encuentra en la superficie de los leucocitos (las células que forman el sistema inmune). Las proteínas CCR5 constituyen lugares de anclaje en la superficie celular para el virus VIH durante los primeros estadios de la invasión. Esta deleción específica de treinta y dos letras hace que la proteína CCR5 esté truncada y no llegue a la superficie celular. Sin las proteínas CCR5 a las que unirse, el VIH no puede infectar a las células.

En los descendientes de africanos o asiáticos, la deleción de treinta y dos letras de CCR5 es prácticamente inexistente, pero es bastante común entre los caucásicos; del 10 al 20 por ciento de los caucásicos tienen una copia del gen mutado, y los individuos homocigóticos —aquellos que poseen dos copias— son completamente resistentes al VIH. Aproximadamente entre el 1 y el 2 por ciento de los caucásicos del mundo (la mayoría en el nordeste de Europa) son lo suficientemente afortunados de tener esta característica ¹⁰⁰ . Los individuos a los que les falta CCR5 están completamente sanos en otros aspectos e incluso tienen un menor riesgo de padecer ciertas enfermedades inflamatorias; la falta de la proteína no causa efectos adversos ¹⁰¹ . El único riesgo conocido de no tenerla es un posible aumento en la susceptibilidad al virus del Nilo Occidental ¹⁰² .

No es de extrañar que la industria farmacéutica haya empleado enormes recursos para el desarrollo de medicamentos que perturben la interacción entre el VIH y CCR5 con la esperanza de proteger a la gente que no es tan afortunada de tener dos copias de la deleción de treinta y dos letras en su genoma. Pero en estudios recientes se ha demostrado concluyentemente que podemos conseguir lo mismo —es decir, prevenir que el VIH se enganche a CCR5— editando el propio gen CCR5 . Múltiples laboratorios lo han conseguido usando CRISPR, al menos con células en placas Petri. Pero el mérito de haber tenido éxito en editar el gen CCR5 por primera vez en individuos humanos lo tiene la tecnología ZFN y una empresa establecida en California llamada Sangamo Therapeutics.

Trabajando junto a médicos de la Universidad de Pensilvania, los investigadores de Sangamo llevaron a cabo un ensayo clínico usando un medicamento de edición génica que noqueó el gen CCR5 ¹⁰³ . La fase I previa estaba dirigida primordialmente a investigar la seguridad del medicamento; los investigadores querían averiguar si las células editadas, cuyo ADN se había modificado en el laboratorio, serían aceptadas por el cuerpo de los pacientes sin causar efectos secundarios serios. Los resultados del estudio también mostraron lo eficiente que podía ser la edición génica para revertir el curso de una enfermedad.

A los doce pacientes seropositivos para el VIH que participaron en el estudio de Sangamo primero se les extrajo una muestra de leucocitos de sangre. Estos leucocitos se aislaron en el laboratorio y se editaron con una ZFN que localizó y cortó la letra en posición 155 del gen CCR5 . Como el gen cortado se reparó usando unión de extremos conducente a error, los cambios resultantes fueron suficientes para inactivar el gen y evitar que se produjera la proteína funcional CCR5. A continuación, se dejó a las células editadas multiplicarse en el laboratorio. Finalmente, reintrodujeron a cada paciente sus propias células y se les monitorizó durante cerca de nueve meses.

Los investigadores que llevaron a cabo el ensayo concluyeron que la transferencia de células inmunes con CCR5 modificado «es segura dentro de los límites de este estudio» ¹⁰⁴ . Tal vez no sea un descubrimiento que les deje boquiabiertos, pero en cualquier caso es una señal alentadora de que la edición génica se puede utilizar con fines terapéuticos en pacientes —al menos ex vivo, por medio de células cultivadas y tratadas en laboratorio—. Había datos aún más prometedores escondidos en la sección de resultados de este estudio. Los médicos constataron que, además de mostrar persistencia en el cuerpo (una señal de que las células trasplantadas se habían injertado y proliferaban), las células editadas causaban una reaparición más lenta de los niveles de VIH cuando se interrumpía temporalmente la terapia antirretroviral. En otras palabras: había signos claros de que el tratamiento con ZFN había logrado reducir la infección con éxito no como un medicamento típico, sino con cambios de letras únicas en el genoma de los pacientes.

Aunque las ZFN han partido con ventaja, CRISPR ya se ha utilizado para explorar posibles terapias adicionales destinadas a eliminar el VIH. Un procedimiento consiste en programar CRISPR para dirigirlo contra el material genético del virus del VIH, librando a las células del paciente del VIH cortando, literalmente, el ADN infeccioso de sus genomas. Otro método, que podría ser descrito como «sacudida y eliminación», utiliza una forma inactivada de CRISPR para reactivar el virus durmiente y que así pueda ser tratado con los medicamentos existentes.

Está claro que las posibilidades clínicas de la edición génica ex vivo son enormes, ya sea utilizándola para tratar enfermedades genéticas o infecciones virales. Pero claro, no todas las enfermedades están relacionadas con la sangre. Para enfermedades que afecten a otros tejidos corporales, los médicos no pueden depender de terapias que requieran extraer y reimplantar las células afectadas; los procedimientos necesarios para hacer eso son demasiado invasivos y arriesgados. Para tratar estas enfermedades necesitaremos dirigir CRISPR dentro del cuerpo del paciente al tejido donde la enfermedad está causando mayores efectos. Y aunque aún nos queda mucho camino por recorrer antes de que sea posible ofrecer esta terapia a los pacientes, los avances que se están consiguiendo en esta área de la ciencia médica se encuentran entre los avances más increíbles que jamás he visto.

FIGURA 26

Terapia CRISPR in vivo

Antes de que los médicos puedan tratar a sus pacientes con terapias de edición génica in vivo, los científicos tendrán que resolver numerosos problemas que los procedimientos ex vivo esquivan. Primero, los médicos deben resolver cómo hacer que CRISPR llegue a los tejidos más afectados por la enfermedad concreta sin provocar una respuesta inmune en los pacientes, y luego deben conseguir que Cas9 y su ARN guía sean lo suficientemente estables como para mantenerse en el cuerpo hasta que la edición se haya completado.

Para abordar estos objetivos algunos investigadores en CRISPR están retomando uno de sus métodos favoritos de administración: los virus. Los virus son muy diestros en introducir furtivamente material genético en las células hospedadoras; a fin de cuentas, han tenido millones de años de evolución para perfeccionar su oficio, están enormemente especializados en la infección de tipos particulares de tejidos y órganos y el uso de algunos de ellos ya es relativamente seguro. Tras décadas de ingeniería genética, algunos virus se han rediseñado completamente especializándolos para que sigan pudiendo transportar ADN al cuerpo —ya sea sistémicamente o a órganos específicos— pero sin que infecten a su hospedador con otra cosa que no sea la carga terapéutica con la que los investigadores los han preparado.

Un vector —el término científico específico para un transportador de información genética— ha sido una gran baza para los investigadores que desarrollan terapias génicas in vivo: un virus humano inocuo conocido como virus adeno-asociado (en inglés Adeno-Associated Virus, AAV). El AAV solo genera una débil reacción inmune y no se ha detectado que cause ninguna enfermedad humana. Este vector viral puede equiparse fácilmente con genes terapéuticos que codifiquen Cas9 y su ARN guía y es muy eficaz introduciendo su material genético en las células hospedadoras. Y lo que es mejor: el virus puede modificarse para que no incorpore permanentemente su ADN en el genoma de la célula humana como hacen otros virus. Esta característica evita que el ADN errante se inserte en lugares sensibles del genoma, algo que en el pasado ha frustrado otras tentativas terapéuticas.

Otro aspecto prometedor del AAV es su enorme diversidad natural. Mediante el aislamiento de diferentes cepas del virus y su posterior mezcla y combinación, los investigadores han reunido una familia de vectores AAV que pueden dirigirse a células en diferentes tipos de tejidos. Mientras una cepa de AAV puede ser la más indicada para transportar CRISPR a las células del hígado, otra puede funcionar mejor en el sistema nervioso central, los pulmones, los ojos o en los músculos cardiacos y esqueléticos.

Precisamente es en los músculos donde se ha visto una de las primeras y más impresionantes demostraciones de que, in vivo, CRISPR puede reducir los devastadores efectos de una enfermedad genética. Aunque la técnica se utilizó en un modelo de ratón, es de esperar que también sea efectiva en pacientes humanos; entre otras razones porque, tristemente, la enfermedad genética para la que se probó es prevalente en nuestra especie.

La enfermedad muscular degenerativa conocida como distrofia muscular de Duchenne (DMD) es el tipo más común de distrofia muscular del mundo, y la heredan aproximadamente 1 de cada 3.600 recién nacidos del sexo masculino. Los pacientes con DMD no tienen síntomas al nacer, pero la enfermedad se manifiesta —progresando a una velocidad devastadora— alrededor de los cuatro años. Los pacientes sufren una degeneración muscular severa y generalmente quedan confinados a una silla de ruedas a los diez años; la mayoría muere al cumplir los veinticinco, abrumados con complicaciones respiratorias y el deterioro de ese músculo vital, el corazón.

La distrofia muscular de Duchenne puede surgir por diversas mutaciones en el gen DMD —el gen humano más largo conocido—, que codifica para una proteína llamada «distrofina». Esta proteína ayuda a la contracción de las células humanas, y la falta de distrofina funcional es el problema subyacente en los pacientes de DMD. Los hombres están mucho más afectados. Como el gen de la DMD se encuentra en el cromosoma X y los hombres poseen un solo cromosoma X (apareado con un cromosoma Y heredado del padre), una única copia mutada de DMD les deja sin distrofina sana. A las mujeres, sin embargo, al tener dos cromosomas X y por tanto dos copias de DMD, les basta con que una de las dos copias de distrofina esté sana para evitar los terribles síntomas de la enfermedad. Pero aunque estas mujeres se libren, son portadoras de la enfermedad y transmitirán el gen mutado de la DMD a aproximadamente la mitad de sus hijos varones. (Este patrón hereditario hace de DMD un ejemplo de enfermedad genética recesiva asociada al cromosoma X.)

¿Podrá CRISPR revertir los efectos de la DMD? Aún está por ver —necesitaremos años de investigación y ensayos clínicos para responder con seguridad—, pero, usando los estudios recientes como indicación, cabe esperar que se conseguirá con terapia in vivo . A finales de 2015, nada menos que cuatro laboratorios independientes administraron CRISPR a ratones completamente desarrollados que sufrían distrofia muscular y demostraron que los estragos de la enfermedad se podían revertir ¹⁰⁵ . Empaquetando las instrucciones genéticas de CRISPR en vectores AAV, los investigadores consiguieron reparar las células musculares cardiacas y esqueléticas, ya fuera inyectando los virus modificados directamente en los músculos del ratón o dirigiendo los virus a esos mismos tejidos a través del torrente sanguíneo. De este modo activaron genes sanos de distrofina y, tras recibir la terapia, los ratones tratados mostraron un incremento sustancial de la fuerza muscular.

Asistí a la presentación de estos datos que hizo Eric Olson, un profesor del Southwestern Medical Center de la Universidad de Texas, y quedé fascinada por los progresos de las terapias in vivo con CRISPR. Este trabajo me hace albergar esperanzas de que algún día sea posible tratar o incluso curar otras enfermedades además de la DMD. Por ejemplo, usando una versión de CRISPR programada para editar un gen diferente y una versión de AAV más adecuada para actuar sobre el hígado, un grupo del MIT utilizó la edición génica para curar en ratones una mutación genética que causa la enfermedad conocida como «tirosinemia» ¹⁰⁶ . En seres humanos, la enfermedad puede causar la acumulación de metabolitos tóxicos y daños generalizados en el hígado; cuando no se trata, los pacientes mueren por lo general antes de cumplir los diez años. Sin embargo, en un modelo de ratón, CRISPR reparó el gen dañado y revirtió el curso de la enfermedad.

AAV también ha conseguido dirigir CRISPR al cerebro de ratones adultos, a los pulmones y a las células de la retina en el ojo, lo cual puede finalmente resultar en terapias para tratar trastornos genéticos como la enfermedad de Huntington, la fibrosis quística y la ceguera congénita. De hecho, el primer medicamento basado en terapia génica aprobado para uso comercial en los países occidentales utiliza un vector AAV, y es posible que el primer medicamento basado en edición génica con CRISPR también utilice este virus para su transferencia in vivo .

Y sin embargo AAV no es más que uno entre los muchos sistemas de transferencia que se han adaptado para transportar CRISPR hasta las células vivas. En el mundo de los virus hay disponible toda una variedad de virus rediseñados como caballos de Troya, cada uno de ellos con distintas ventajas e inconvenientes ¹⁰⁷ . Un ejemplo es el adenovirus que causa entre otras enfermedades el catarro común (y ayuda durante la infección a los virus adeno-asociados, dando a los AAV su nombre). Tras vaciar los adenovirus quitándoles los genes patogénicos, los investigadores pueden empaquetar mayor cantidad de ADN terapéutico de lo que permiten los vectores AAV. Los lentivirus, cuyo ejemplo más destacado es el VIH, también se han inactivado en el laboratorio y convertido en eficaces vehículos de transferencia. Su capacidad es similar a la de los AAV, pero tienen la posibilidad de insertar su material genético permanentemente en el genoma de las células que invaden. Esta función de inserción, que es útil para la investigación básica de laboratorio, los científicos pueden bloquearla para uso en terapia in vivo .

Existen estrategias de transferencia in vivo que no requieren virus en absoluto. Apoyándose en los avances de la nanotecnología —la ciencia de fabricar estructuras submicroscópicas—, los investigadores están explorando el uso de nanopartículas lipídicas para transportar CRISPR por el cuerpo. Estos vehículos de distribución, además de ser resistentes a la degradación y fáciles de producir, tienen la ventaja de liberar la proteína Cas9 y su ARN guía en el cuerpo del paciente de un modo controlado. Mientras que los virus (con su carga de CRISPR) pueden perdurar en las células mucho tiempo, lo que —como explicaré— puede causar problemas en el proceso de edición, las nanopartículas de lípidos transportan CRISPR para que funcione rápidamente antes de que las fábricas de reciclaje natural de la célula lo destruyan.

Más allá de traducirse en curas para determinadas afecciones genéticas, hay otra aplicación de CRISPR que está lista para revolucionar la salud humana. Esta biotecnología también va a causar un impacto que cambiará las reglas de juego del estudio y tratamiento de una de las enfermedades conocidas más temidas por la humanidad: el cáncer.

El cáncer está causado por mutaciones en el ADN, algunas de las cuales las heredamos y otras las adquirimos durante el curso de nuestras vidas. De modo que parecería obvio que la edición génica podría ayudar a tratar el cáncer, o incluso prevenirlo, eliminando estas mutaciones antes de que tengan ocasión de causar un daño irreversible. Pero realmente no es en este ámbito donde CRISPR está aportando su mayor contribución, al menos por ahora.

En lugar de ser una forma de tratamiento por sí misma, CRISPR está contribuyendo al tratamiento del cáncer como herramienta y sistema de apoyo a otras terapias existentes. Está expandiendo nuestro modo de entender la biología del cáncer y también está acelerando los tratamientos de inmunoterapia, que utilizan el propio sistema inmune del cuerpo para luchar contra el cáncer. En ambos frentes, CRISPR está demostrando su valor como un arma adicional —una de las más poderosas— en el creciente arsenal de la inmemorial guerra contra esta temible enfermedad.

De todas las contribuciones de CRISPR a la medicina, esta es la que personalmente me genera más expectativas. Incluso si no han luchado personalmente contra el cáncer, es probable que conozcan a alguien cuya vida ha sido afectada o segada antes de tiempo por esta enfermedad. En mi propia familia, la muerte de mi padre a causa de un melanoma fue la experiencia que me marcó más profundamente al poner de manifiesto los muchos retos que plantea tratar con una enfermedad tan compleja. El cáncer es una de las causas más comunes de muerte en Estados Unidos, solo por detrás de las enfermedades de corazón. Aunque las mejoras en décadas recientes en diagnosis precoz y tratamiento han elevado considerablemente los niveles de supervivencia, las muertes por cáncer representan todavía una devastadora parte de nuestra vida diaria. Solamente en Estados Unidos se diagnostican anualmente más de un millón y medio de nuevos casos de cáncer, y medio millón de personas mueren cada año de cáncer ¹⁰⁸ . Eso supone casi dos mil muertes diarias.

En ocasiones las mutaciones de ADN ligadas al cáncer se heredan; pero también pueden producirse espontáneamente o estar inducidas por el consumo de tabaco o la exposición a otros carcinógenos. Durante la última década más o menos se ha dado un fuerte impulso al uso de la secuenciación de ADN para catalogar las múltiples mutaciones que distinguen a una célula cancerosa de una célula sana normal. La idea es que si se pudieran identificar estas mutaciones se podrían diseñar medicamentos que combatieran a los genes anómalos causantes de que las células malignas proliferen.

Pero hay un problema: tenemos demasiada información. Las mutaciones críticas que causan el cáncer están enterradas en un vasto mar de mutaciones auxiliares que no contribuyen directamente a la patología de la enfermedad. De hecho, uno de los rasgos distintivos del cáncer es el incremento de la frecuencia con la que aparecen nuevas mutaciones en el genoma, lo que dificulta la identificación de aquellas que realmente influyen en la aparición de tumores.

Antes de CRISPR, el arsenal de herramientas para estudiar mutaciones causantes de cáncer era bastante limitado: los científicos podían detectar y diagnosticar mutaciones en biopsias extraídas de los pacientes, y podían estudiar un pequeño número de mutaciones concretas en modelos de ratón. Pero ahora que los investigadores tienen el modo de replicar con precisión las mutaciones causantes del cáncer —individualmente o varias de una vez— en una fracción del tiempo que se requería anteriormente y por una fracción del coste, la investigación en cáncer está lista para explotar. En lugar de seleccionar penosamente las células mutadas correctamente (un calvario con una eficiencia de un uno por millón) o criar durante numerosas generaciones los modelos de ratón deseados (lo que requiere años), los científicos pueden usar CRISPR para introducir eficientemente las mutaciones de una sola vez. Esta capacidad está permitiendo a los científicos entender mejor los factores genéticos exactos que inducen a las células a dejar de responder a las señales que normalmente regulan su crecimiento.

Por ejemplo, en un estudio del Harvard Medical School, el grupo de investigadores de Benjamin Ebert quería entender las causas genéticas de la leucemia mieloide aguda, un cáncer de los leucocitos ¹⁰⁹ . Programando CRISPR para editar diferentes genes —usando un ARN guía diferente para cada uno—, procedieron a noquear ocho genes candidatos. Este tipo de edición génica múltiple habría sido inimaginable anteriormente, pero con CRISPR ahora era sencillo. Tras editar los genes en las células madre de sangre en todas las combinaciones posibles e inyectarlas de nuevo en el torrente sanguíneo de ratones vivos, los investigadores esperaron para ver qué animales contraían leucemia aguda (en una especie de aplicación ex vivo reversa). Tras comprobar en esos animales qué genes habían inactivado con CRISPR, el grupo de Ebert pudo deducir exactamente la constelación de mutaciones génicas necesaria y suficiente que desencadena la leucemia. Experimentos como este están demostrando ser inestimables para el progreso en la investigación del cáncer humano.

La capacidad de seleccionar muchos genes a la vez es uno de los grandes atributos de CRISPR. Al contrario que las tecnologías de edición génica que le precedieron, el proceso de diseño de CRISPR para que detecte una nueva secuencia de veinte letras en el genoma es lo suficientemente simple como para que un estudiante de bachillerato lo domine; tan simple, de hecho, que se puede programar a un ordenador para que lo haga. Los científicos ahora están combinando la ciencia computacional y la edición génica para sondear las profundidades del genoma en busca de nuevos genes asociados al cáncer sin tener ninguna información sobre ellos a priori.

Aunque los detalles técnicos son complejos, el hecho es que este procedimiento múltiple permite a los investigadores editar y noquear todos y cada uno de los genes del genoma en un único experimento. David Sabatini, un profesor del MIT, fue uno de los pioneros en barridos globales que noquean todo el genoma ¹¹⁰ . Pero en lugar de preguntar qué mutaciones génicas causaban el cáncer (como había hecho el equipo de Ebert), el grupo de Sabatini quería descubrir mutaciones génicas que incapacitaran el cáncer. En otras palabras, se preguntaron si había genes absolutamente necesarios para la patogénesis de las células cancerosas y sin los cuales no pudieran vivir. En lo que fue una auténtica proeza, el equipo de Sabatini abordó esta pregunta en cuatro cánceres de sangre distintos y descubrieron multitud de genes nuevos que parecían ser esenciales para que progresaran. Al identificar nuevas susceptibilidades en las leucemias y los linfomas, estos experimentos descubrieron nuevas y prometedoras dianas para medicamentos de quimioterapia. Experimentos posteriores en otros laboratorios han revelado los puntos débiles de otros tipos de cáncer, entre ellos el cáncer colorrectal, el cervical, el melanoma, el cáncer de ovario y el glioblastoma (un cáncer de cerebro especialmente agresivo). Los investigadores, incluso, han barrido todo el genoma noqueando genes para identificar los factores que confieren a las células de cáncer la horrible capacidad de circular por el torrente sanguíneo e invadir otros tejidos, un proceso llamado «metástasis».

Aunque los avances en la comprensión básica del cáncer sean lentos a la hora de proporcionar información práctica y tratamientos específicos, la importancia de esta investigación no se puede subestimar. A medida que la medicina se vuelve cada vez más personalizada, los científicos y los médicos disponen de una información tan exhaustiva que les permite distinguir el cáncer de un individuo del de otro y les ofrece pistas sobre cómo adecuar los tratamientos para que se ajusten a la biología concreta de cada enfermedad en particular. Las herramientas de edición génica ayudarán a dar sentido a toda esta información revelando qué mutaciones pueden predecir un cáncer y qué mutaciones pueden hacer que un cáncer responda mejor a diferentes fármacos.

Pero del mismo modo que la edición génica va a proporcionar información vital en nuestra guerra contra el cáncer, también hay indicios de que nos ayudará a combatirlo . Su papel más prometedor en este aspecto es como sistema de apoyo a un tipo de tratamiento que está recibiendo mucha atención en los últimos años: la inmunoterapia.

La inmunoterapia es una forma revolucionaria de tratar el cáncer que se diferencia de los tres métodos principales —cirugía, radiación y quimioterapia— que los médicos han empleado tradicionalmente. En contraste con los procedimientos clásicos, la inmunoterapia contra el cáncer aprovecha el propio sistema inmune del paciente para localizar y destruir células peligrosas. En lo que representa un cambio de paradigma completo, la inmunoterapia no se centra en el cáncer, sino en el cuerpo del propio paciente, al que se capacita para combatir el cáncer por sí mismo.

La idea central que subyace en la inmunoterapia del cáncer es afinar el sistema inmune humano, específicamente las células T, su principal infantería. Mediante la reconexión de estas células para que reconozcan marcadores moleculares del cáncer, los científicos pueden ayudar a las células T a organizar una respuesta inmune que erradique las células cancerosas. El reto es descubrir cómo desatar todo el potencial de las células T.

Un avance muy prometedor está relacionado con los mecanismos inhibitorios, medicamentos que inactivan los frenos que normalmente detienen la respuesta inmune contra las células cancerosas. Otra estrategia requiere la generación de células T modificadas genéticamente y diseñadas para atacar el cáncer específico de un paciente. Este proceso —otro ejemplo más de terapia ex vivo — se conoce como «transferencia celular adoptiva», y es en este tipo de inmunoterapia donde la edición génica entra en escena.

El objetivo básico de la transferencia celular adoptiva (o ACT, del inglés Adoptive Cell Transfer) es ayudar a las células T para que ataquen el cáncer más eficientemente. Para ello se proporciona a las células T un nuevo gen que produce una proteína, llamada «receptor», sintonizada para reconocer y atacar a marcadores moleculares de cáncer. Pero hay un problema: las células T ya disponen de un gen receptor natural, y tener simultáneamente varios genes de este tipo causa caos molecular. Ahora los investigadores pueden evitar este problema usando CRISPR para noquear el gen receptor original, dejando un valioso espacio para el nuevo receptor capaz de encontrar el cáncer. Entonces otros tipos de edición génica pueden superponerse a la primera para hacer aún más potentes las células T modificadas.

Parece probable que la edición génica irá todavía un paso más allá y transformará la inmunoterapia del cáncer en un tratamiento listo para su uso, en el que un solo lote de células T modificadas, y diseñadas para un tipo de cáncer específico, podrían administrarse universalmente a todos los pacientes que sufran la misma patología. Los ensayos clínicos para probar este modo de transferencia celular ya están en marcha, y una conmovedora historia de finales de 2015 da buena prueba de su increíble potencial. De hecho, la protagonista de esta historia, Layla Richards, es el primer ser humano cuya vida se ha salvado gracias a la edición génica terapéutica ¹¹¹ .

Layla era una paciente londinense de un año que sufría leucemia linfoblástica aguda, la forma más común de cáncer infantil. Sus médicos tuvieron que admitir que la suya era una de las leucemias más agresivas que habían visto nunca. Aunque el 98 por ciento de los niños alcanzan la remisión tras comenzar el tratamiento, el estado de Layla no mejoró a pesar de la quimioterapia, el trasplante de médula ósea y un tratamiento farmacéutico basado en anticuerpos ¹¹² . El trasplante de sus propias células T modificadas tampoco era una opción, ya que su sistema inmune estaba tan debilitado por la leucemia —una enfermedad que, a fin de cuentas, afecta a los propios leucocitos requeridos para tener un sistema inmune sano— que los médicos ya no podían extraerle suficientes células T.

La situación de Layla era desesperada, y sus médicos ya le habían proporcionado cuidados paliativos para facilitarle morir. Pero entonces, en el último minuto, apareció otra opción.

El mismísimo hospital que estaba tratando a Layla albergaba una instalación que estaba editando células T usando TALEN, una de las tecnologías precursoras de CRISPR. Una empresa biotecnológica francesa llamada Cellectis estaba preparando células para su uso en ensayos clínicos de ACT. Tras recibir el consentimiento de los padres y de Cellectis, los médicos de Layla usaron por primera vez estas células que no se habían probado antes en pacientes humanos, algo que solo está permitido cuando se contempla como «uso compasivo».

Las células T qué recibió Layla eran especiales por varias razones. Primero, contenían el gen de un nuevo receptor diseñado específicamente para atacar cualquier célula que contuviera las características moleculares de la leucemia. Segundo, las células T se habían editado genéticamente para evitar que tuvieran una respuesta inmune contra las células de Layla, como habría ocurrido de otro modo ya que el donante y el receptor en este caso no eran inmunocompatibles. Finalmente, las células T contenían ediciones de otro gen que las recubría con una especie de manto invisible para que pudieran sobrevivir durante más tiempo en el cuerpo de Layla.

En las semanas posteriores a la transferencia celular se produjo una transformación milagrosa en la niña de un año; la leucemia comenzó a responder a las células T editadas. Cuando su salud mejoró lo suficiente, Layla recibió otro trasplante de células de médula ósea, y en unos meses el cáncer había remitido completamente. Lo que comenzó como una apuesta muy arriesgada —ensayar un tratamiento que hasta entonces solo se había probado en ratones— acabó siendo un éxito rotundo y un importante respaldo al uso de la edición génica como refuerzo de la inmunoterapia.

Gracias a casos como el de Layla, las empresas terapéuticas basadas en CRISPR han conseguido importantes acuerdos con empresas de inmunoterapia del cáncer para combinar sus respectivas plataformas. Editas Medicine tiene una licencia exclusiva de varios millones de dólares con Juno Therapeutics para desarrollar terapias con células T, y también Intellia Therapeutics se ha asociado con Novartis, una de las principales compañías en el área de la salud, para desarrollar la inmunoterapia. El NIH ha aprobado a unos científicos de la Universidad de Pensilvania el primer ensayo clínico en EE. UU. usando células editadas por CRISPR, y en octubre de 2016 un grupo de científicos chinos de la Universidad de Sichuan fueron los primeros en inyectar en pacientes humanos células modificadas mediante CRISPR ¹¹³ . Estos loables empeños ayudarán a acercar los beneficios de la edición génica a los pacientes que lo necesiten.

Espero sinceramente que algún día la historia de Layla se convierta en algo común, solo un ejemplo más de una vida humana salvada por los avances de la edición génica. Sin duda nos estamos acercando lentamente a ese prometedor futuro. Sin embargo, antes de llegar ahí tendremos que resolver un gran problema de la edición génica. Hasta que no esté resuelta esta cuestión, que atañe a la precisión de las ediciones hechas con CRISPR, historias como las de Layla seguirán siendo la excepción y no la norma.

CRISPR —al menos la versión original encontrada en bacterias— no es un método de localización y corte de ADN exento de errores. Eso lo tuvimos claro desde los primeros experimentos con CRISPR que llevamos a cabo en mi laboratorio.

Tras averiguar la función básica de CRISPR, Martin se dispuso a calibrar la precisión en el corte de ADN de la enzima Cas9 y su ARN guía. Este pequeño misil dirigido parecía capaz de detectar y atacar cualquier secuencia de ADN que correspondiera con su ARN guía, localizándola con una precisión impresionante. Pero ¿dónde estaban los límites a su precisión? ¿Podía CRISPR realmente discriminar entre una secuencia de veinte letras —la de ARN coincidente— y otras secuencias de ADN que difirieran en solo una o dos letras? Si queríamos tener alguna esperanza de transformar esta herramienta de defensa bacteriana en una herramienta de edición génica lo suficientemente segura como para usarla en seres humanos, primero tendríamos que responder a esa pregunta.

Martin comprobó que cuando se libera la maquinaria CRISPR sobre secuencias de ADN en las que intencionadamente se habían cometido errores ortográficos, de modo que algunas letras ya no coincidieran con el ARN, la enzima Cas9 todavía podía cortar el ADN en algunos casos ¹¹⁴ . En contraste con la función de búsqueda de un ordenador, donde la consulta sobre la palabra afectar nunca mostrará resultados con afeitar, parecía que CRISPR podía cometer errores ocasionales y confundir una letra de ADN con otra.

Más adelante mi laboratorio repitió estos experimentos con mayor profundidad junto al equipo de la Universidad de Harvard liderado por David Liu ¹¹⁵ . Estudiamos exhaustivamente diferentes mutaciones de ADN para determinar qué tipos de secuencias no seleccionadas (es decir, aquellas que no coinciden con el ARN guía) eran lo suficientemente similares a la secuencia deseada que sí coincidía con el ARN guía (es decir, la secuencia diana) de tal manera que CRISPR las reconociera y las cortara. Otros laboratorios también llevaron a cabo experimentos similares en células para comprobar que cortes erráticos por CRISPR podían dar lugar a la edición permanente de sitios imprevistos ¹¹⁶ .

Hay que dejar claro que todos los medicamentos tienen algún tipo de efecto secundario, pero siempre que los beneficios esperables superen a los riesgos, los médicos y los reguladores son, en general, bastante tolerantes. Por ejemplo, los antibióticos matan tanto a las cepas bacterianas patogénicas como a las beneficiosas, y los medicamentos de quimioterapia matan por igual a las células cancerosas y a las sanas. El reto final es la especificidad: desarrollar un medicamento tan ajustado a su diana que unos pocos átomos fuera de lugar eviten que el medicamento cause efectos inesperados.

Normalmente, un cierto grado de actividad imprevista es inevitable, y por eso todos los medicamentos comercializados advierten sobre posibles efectos secundarios, pero, cuando se trata de edición génica, los efectos secundarios podrían ser especialmente peligrosos. Después de todo, los efectos secundarios de una medicación normalmente desaparecen cuando el paciente deja de tomarla. Sin embargo, con la edición génica, cualquier cambio imprevisto en la secuencia de ADN es irreversible.

No solamente los cambios imprevistos se convierten en permanentes, sino que se copiarán en cada una de las células que desciendan de esa primera célula editada. Aunque es probable que la mayoría de las ediciones aleatorias no dañen a la célula, si hay algo que hemos aprendido de ciertas enfermedades y cánceres es que incluso una sola mutación puede causar estragos en el organismo.

Afortunadamente las ediciones no intencionadas causadas por CRISPR, al igual que por otras tecnologías de edición génica, tienden a ser bastante predecibles, ya que solo afectan a las secuencias de ADN que tienen una mayor coincidencia con el ARN guía. Si CRISPR se programa contra una secuencia de veinte letras en el gen X, pero el gen Y tiene una secuencia similar de ADN que se diferencia tan solo en una letra, hay cierta probabilidad de que CRISPR introduzca cambios en ambos genes. Cuanto menos se parezcan ambas secuencias, menor será la probabilidad de que haya mutaciones no intencionadas.

Los investigadores ya han empezado a buscar modos de evitar este potencial problema. Varios laboratorios han escrito algoritmos computacionales que automáticamente sondean los tres mil millones de letras del genoma humano para ver cuántas regiones tienen secuencias similares a la que un científico quiera editar. Si el número de secuencias editables similares a la de su diana es demasiado alto, el investigador, con la ayuda del algoritmo, puede simplemente seleccionar como diana una nueva región. (En muchos casos los científicos pueden editar el mismo gen eligiendo una secuencia cualquiera entre varias secuencias de ADN próximas.) Sin embargo, el problema con este procedimiento es que, con independencia de lo bien que esté diseñado, puede que el algoritmo computacional no siempre prediga con éxito las ediciones no intencionadas.

Estas «incógnitas conocidas» han llevado a los investigadores a adoptar una segunda estrategia: asumir completa ignorancia. Asumen que todas las versiones de CRISPR tendrán inevitablemente efectos no deseados impredecibles, y que el único modo de detectarlos es hacer el experimento primero y luego buscar nuevas mutaciones que no debieran estar. En lugar de la predicción computacional, esta estrategia simplemente implica pruebas empíricas. Antes de seleccionar una secuencia de ADN para editar en los pacientes, los científicos probarán exhaustivamente unas cuantas secuencias de ADN relacionadas en células en cultivo, determinarán cuáles tienen el menor número de efectos distintos del objetivo y solo entonces —cuando ya tengan una ganadora— procederán con los ensayos clínicos.

Existe una tercera estrategia para evitar potenciales mutaciones indeseadas, una en la que los científicos ya han progresado bastante: modificar CRISPR para que discrimine mejor su diana en el ADN. Por ejemplo, los científicos ya han conseguido extender la secuencia de ADN que CRISPR tiene que reconocer, minimizando así la probabilidad de que por casualidad se produzca un mal emparejamiento —una estrategia no muy distinta a la de alargar la contraseña de un ordenador para reducir la probabilidad de que alguien la adivine—. Simplemente ajustando la proteína Cas9 natural en algunos lugares —cambiando un aminoácido por otro—, algunos investigadores, incluyendo a Keith Joung del Harvard Medical School y a Feng Zhang del MIT, han desarrollado variantes CRISPR de alta fidelidad, diferentes de la versión que evolucionó en la naturaleza, que son menos propensas a editar genéticamente secuencias no deseadas ¹¹⁷ .

Finalmente, la dosis de CRISPR afecta a la probabilidad de que el genoma esté plagado de mutaciones imprevistas. En general, cuanto más Cas9 y ARN guía entre en una célula y más tiempo se mantenga, más probable será que CRISPR encuentre secuencias parcialmente relacionadas pero con variaciones e introduzca ediciones imprevistas. El secreto es proporcionar la cantidad justa de CRISPR a las células para que la secuencia correcta de ADN se edite, pero ni un poco más.

Los investigadores continúan trabajando en el laboratorio para optimizar tácticas que aseguren que se pueda utilizar CRISPR sin peligro para los pacientes. Si los éxitos que han conseguido hasta el momento sirven como indicación, la precisión de esta máquina molecular no tardará mucho en ser la suficiente para que se la pueda trasladar del laboratorio a la clínica.

La tecnología CRISPR nació hace tan solo un puñado de años, pero ya empieza a ser difícil encontrar enfermedades para las que no se la haya mencionado como posible terapia. Más allá del cáncer, el VIH y las enfermedades genéticas ya mencionadas, un rápido análisis de las publicaciones científicas muestra una lista creciente de enfermedades para las que se han desarrollado posibles curas con CRISPR: acondroplasia (enanismo), enfermedad granulomatosa crónica, enfermedad de Alzheimer, pérdida de audición congénita, esclerosis lateral amiotrófica (ELA), colesterol alto, diabetes, Tay-Sachs, trastornos de la piel, síndrome del cromosoma X frágil e incluso infertilidad. Prácticamente en todos los casos en que una mutación concreta o una secuencia defectuosa de ADN pueda asociarse a una patología, CRISPR puede en principio revertir la mutación o reemplazar el gen dañado por una copia sana.

Dada la facilidad con la que CRISPR puede encontrar y reparar cualquier secuencia de ADN, a menudo ha sido considerado como el avance que erradicará definitivamente la enfermedad. Pero las cosas nunca son tan sencillas. Hay una gran variedad de trastornos —desde el autismo hasta las enfermedades de corazón— que no muestran causas genéticas claras o son producto de una combinación compleja de variantes genéticas y factores ambientales. En estos casos, la edición génica puede tener un uso más limitado. Además, aunque la edición génica es capaz de reparar el ADN en células humanas en cultivo, pasaran años antes de que su eficacia sea (o no) demostrada en pacientes humanos, y los pocos éxitos clínicos que se han conseguido hasta ahora con inmunoterapia del cáncer y VIH puede que predigan con precisión —o puede que no— otros éxitos venideros.

Las tecnologías de ingeniería genética precedentes, incluyendo la terapia génica y el ARN interferente, fueron igualmente ensalzadas como avances fundamentales que cambiarían completamente la medicina, y sin embargo cientos de ensayos clínicos han mitigado con algún que otro jarro de agua fría ese entusiasmo inicial. Eso no significa que nos estemos encaminando hacia el mismo tipo de brusco despertar con la edición génica, sino que es importante moderar el entusiasmo con previsiones realistas, investigación metódica y meticulosos ensayos clínicos. Solo entonces podremos estar seguros de que la primera ola de terapias basadas en CRISPR tendrá una mayor probabilidad de conseguir el éxito y un menor riesgo de ocasionar efectos secundarios peligrosos.

Mientras escribo esto, el campo de la terapia basada en edición génica se está expandiendo a paso frenético, tanto en el ámbito académico como en el comercial. Nuevos estudios afloran a un ritmo medio de más de cinco por día, y los inversores han provisto con bastante más de mil millones de dólares a las nuevas empresas emergentes que desarrollan herramientas biotecnológicas basadas en CRISPR y terapias médicas.

Estoy increíblemente emocionada y entusiasmada con prácticamente todo el progreso conseguido con CRISPR, excepto los avances en un frente. Creo que deberíamos evitar usar la tecnología CRISPR para alterar permanentemente el genoma de las futuras generaciones de seres humanos, al menos hasta que hayamos meditado en profundidad las cuestiones que planteará la edición de células germinales. Hasta que no tengamos mejor conocimiento de todos los problemas éticos y de seguridad concomitantes y hasta que no hayamos dado a todas las partes interesadas la oportunidad de participar en el debate, los científicos harían bien en dejar la línea germinal en paz. Pero una pregunta aún sin responder es si realmente tendremos alguna vez la capacidad moral e intelectual para guiar nuestro propio destino genético; una pregunta que me ha estado rondando desde que comencé a darme cuenta de lo que CRISPR era capaz de conseguir. Por esta y otras razones, he comenzado a distinguir una frontera clara entre los procedimientos descritos en este capítulo y aquellos involucrados en la edición de la línea germinal. Debemos pensárnoslo dos veces antes de cruzar esa línea. Y después debemos pensárnoslo de nuevo.

95 . Las tres compañías son Editas Medicine, Intellia Therapeutics y CRISPR Therapeutics. 96 . S. Reardon, «First CRISPR Clinical Trial Gets Green Light from US Panel», Nature News, 22 de junio de 2016. 97 . Y. Anwar, «UC Berkeley to Partner in $600M Chan Zuckerberg Science “Biohub”», Berkeley News, 21 de septiembre de 2016. 98 . R. Sanders, «New DNA-Editing Technology Spawns Bold UC Initiative», Berkeley News, 18 de marzo de 2014. 99 . Y. Wu et al., «Correction of a Genetic Disease in Mouse via Use of CRISPR-Cas9», Cell Stem Cell 13 (2013): 659-662. 100 . K. Allers y T. Schneider, «CCR5Δ32 Mutation and HIV Infection: Basis for Curative HIV Therapy», Current Opinion in Virology 14 (2015): 24-29. 101 . S. G. Deeks y J. M. McCune, «Can HIV Be Cured with Stem Cell Therapy?», Nature Biotechnology 28 (2010): 807-810. 102 . W. G. Glass et al., «CCR5 Deficiency Increases Risk of Symptomatic West Nile Virus Infection», Journal of Experimental Medicine 203 (2006): 35-40. 103 . P. Tebas et al., «Gene Editing of CCR5 in Autologous CD4 T Cells of Persons Infected with HIV», New England Journal of Medicine 370 (2014): 901-910. 104 . Ibidem . 105 . N. Wade, «Gene Editing Offers Hope for Treating Duchenne Muscular Dystrophy, Studies Find», New York Times, 31 de diciembre de 2015. 106 . H. Yin et al., «Therapeutic Genome Editing by Combined Viral and Non-Viral Delivery of CRISPR System Components in Vivo», Nature Biotechnology 34 (2016): 328-333. 107 . X. Chen y M. A. F. V. Goncalves, «Engineered Viruses as Genome Editing Devices», Molecular Therapy 24 (2015): 447-457. 108 . American Cancer Society, Cancer Facts and Figures 2016 (Atlanta: American Cancer Society, 2016). 109 . D. Heckl et al., «Generation of Mouse Models of Myeloid Malignancy with Combinatorial Genetic Lesions Using CRISPR-Cas9 Genome Editing», Nature Biotechnology 32 (2014): 941-946. 110 . T. Wang et al., «Identification and Characterization of Essential Genes in the Human Genome», Science 350 (2015): 1096-1101. 111 . S. Begley, «Medical First: Gene-Editing Tool Used to Treat Girl’s Cancer», STAT News, 5 de noviembre de 2015; A. Pollack, «A Cell Therapy Untested in Humans Saves a Baby with Cancer», New York Times, 5 de noviembre de 2015. 112 . W. Qasim et al., «First Clinical Application of TALEN Engineered Universal CAR19 T Cells in B-ALL», documento presentado en el encuentro anual de la American Society of Hematology, Orlando, Florida, 5-8 de diciembre de 2015. 113 . D. Cyranoski, «CRISPR Gene-Editing Tested in a Person for the First Time», Nature News, 15 de noviembre de 2016. 114 . M. Jinek et al., «A Programmable Dual-RNA-Guided DNA Endonuclease in Adaptive Bacterial Immunity», Science 337 (2012): 816-821. 115 . V. Pattanayak et al., «High-Throughput Profiling of Off-Target DNA Cleavage Reveals RNA-Programmed Cas9 Nuclease Specificity», Nature Biotechnology 31 (2013): 839-843. 116 . Y. Fu et al., «High-Frequency Off-Target Mutagenesis Induced by CRISPR-Cas Nucleases in Human Cells», Nature Biotechnology 31 (2013): 822-826; P. D. Hsu et al., «DNA Targeting Specificity of RNA-Guided Cas9 Nucleases», Nature Biotechnology 31 (2013): 827-832. 117 . F. Urnov, «Genome Editing: The Domestication of Cas9», Nature 529 (2016): 468-469.

7

LAS CONSECUENCIAS

En la primavera de 2014, aproximadamente un año antes de mi primera reunión en Davos, tuve una muestra de lo que pronto se convertiría en un esfuerzo internacional para dar forma al futuro de CRISPR.

Habían pasado menos de dos años desde la publicación de nuestro trabajo en Science describiendo cómo se podía utilizar CRISPR para la edición génica, y las noticias sobre esta tecnología ya se habían extendido por toda la comunidad científica y más allá. El entusiasmo generalizado sobre CRISPR había empezado a crecer, gracias a apasionadas descripciones en los principales medios de comunicación acerca de la investigación en edición génica. A medida que la investigación con CRISPR seguía cogiendo velocidad, muchos científicos trataron de centrar su atención en el laboratorio —mejorando los métodos de edición génica y utilizando estos métodos de nuevas maneras— sin dejarse arrastrar por el debate público.

Al igual que mis colegas, yo continué explorando y desarrollando CRISPR, trabajando en mi laboratorio de Berkeley a la vez que consagraba cada vez más tiempo a comprender mejor los retos de la utilización de la edición génica para la terapia humana. Este tipo de trabajo avanzaba en numerosos laboratorios académicos y estaba arrancando en varias empresas biotecnológicas emergentes. Era emocionante formar parte de lo que parecía un masivo esfuerzo colectivo para descubrir el funcionamiento de la tecnología CRISPR y liberar su enorme potencial para manipular la información genética dentro de las células. Principalmente me sentía emocionada y esperanzada porque nuestro esfuerzo aportaría grandes avances en campos que abarcaban desde la agricultura hasta la medicina. Pero ocasionalmente me descubría despierta a altas horas de la noche pensando en la gente no perteneciente al círculo académico que también estaba mostrando un gran interés por este floreciente campo, y no precisamente con las mejores intenciones.

Fue por esta época cuando el coautor de este libro, Sam Sternberg, por entonces estudiante de tesis en mi laboratorio, recibió un correo electrónico de una empresaria que llamaré Cristina. Esta quería saber si Sam estaría interesado en formar parte de su nueva compañía, que involucraba a CRISPR de algún modo, y le pidió reunirse para exponerle su idea de negocio.

A primera vista, el mensaje de Cristina no era extraño. Dada la velocidad a la que CRISPR se había desarrollado y diseminado, y dado su cada vez más evidente potencial para afectar a tantos sectores en el mercado de la biotecnología, parecía que cada semana llegaban noticias de una nueva empresa, producto o licencia comercial relacionado con la edición génica. Pero como Sam descubriría pronto, la empresa de Cristina era diferente; muy diferente.

Sam no sabía qué esperar cuando se reunió con Cristina para cenar en un lujoso restaurante mexicano cercano al campus, pero, en cualquier caso, la conversación le pilló desprevenido. El correo electrónico había sido impreciso, pero en persona Cristina habló sin reparos sobre lo que pretendía hacer con la tecnología que Sam estaba contribuyendo a desarrollar.

FIGURA 27

Expectativa de edición génica en embriones humanos

Hablando apasionadamente entre cóctel y cóctel, Cristina le dijo a Sam que esperaba poder ofrecer a alguna afortunada pareja el primer «bebé CRISPR» sano. Le explicó que el niño se produciría en el laboratorio mediante fertilización in vitro, pero tendría características especiales: mutaciones personalizadas en el ADN, introducidas vía CRISPR, para eliminar cualquier posibilidad de enfermedad genética. Mientras trataba de convencerle para que se embarcase en el proyecto como científico, Cristina le aseguró que su empresa solo trataba de introducir modificaciones genéticas profilácticas en embriones humanos; si él quisiera participar, no tendría que preocuparse por generar mutaciones que no fueran necesarias para asegurar la salud del futuro bebé.

Cristina no necesitaba explicar a Sam cómo sería el proceso ni lo sencillo que resultaría. Para editar el genoma humano del modo que ella sugería, un médico solo necesitaría técnicas que por entonces ya se conocían bien: generación de un embrión in vitro con el óvulo y el esperma de los futuros padres, inyección de moléculas preprogramadas de CRISPR para editar el genoma del embrión y la implantación del embrión editado en el útero de la madre. La naturaleza se encargaría del resto.

Sam se marchó antes del postre; ya había oído suficiente. A pesar de las garantías ofrecidas por Cristina, Sam salió de la conversación alterado. Había notado que estaba obsesionada con todo el poder y las posibilidades que ofrecía CRISPR. Me comentó después que había percibido un destello prometeico en los ojos de Cristina y sospechó que, además de los bienintencionados cambios genéticos que le había descrito, también se le habían pasado por la cabeza otras mejoras genéticas más atrevidas.

Si esta conversación hubiera ocurrido unos años antes, Sam y yo habríamos descartado la propuesta de Cristina como pura fantasía. No cabe duda de que los seres humanos modificados genéticamente son un gran tema para la ciencia ficción, y que eran una cuestión fértil para las reflexiones filosóficas y éticas sobre la posibilidad de la evolución humana autodirigida. Pero a no ser que el genoma del Homo sapiens de pronto resultara tan fácil de manipular como el genoma de una bacteria de laboratorio como E. coli, había pocas probabilidades de que, en un futuro inmediato, nadie aspirara a materializar ningún plan Frankenstein.

Ahora ya teníamos que tomar en serio este tipo de especulaciones. Después de todo, hacer el genoma humano tan fácil de manipular como el de la bacteria era precisamente lo que CRISPR había conseguido. De hecho, justo el mes antes de que Sam se reuniera con Cristina nacieron los primeros monos cuyos genomas se habían reescrito usando edición génica de precisión, acercando el avance constante de la investigación con CRISPR hasta la puerta de entrada evolutiva del Homo sapiens ¹¹⁸ . En vista de este avance en primates y del número de especies animales modificadas con CRISPR que lo habían precedido —desde gusanos hasta cabras—, solo parecía cuestión de tiempo que los seres humanos se añadieran a la creciente lista de criaturas cuyos genomas se habían retocado.

Yo era plenamente consciente, y sentía aprensión hacia esta posibilidad. Aunque no podía negar los enormes efectos positivos que la edición génica tendría sobre nuestro mundo —permitiéndonos entender mejor la genética humana, producir alimentos de manera más sostenible o tratar a las víctimas de enfermedades genéticas devastadoras—, me estaban empezando a inquietar los otros usos en los que CRISPR podría emplearse. ¿Habría hecho nuestro descubrimiento la edición génica demasiado fácil? ¿Estaban los científicos precipitándose indiscriminadamente hacia nuevas áreas de investigación sin detenerse a considerar si sus experimentos estaban justificados o cuáles serían sus consecuencias? ¿Podría aplicarse CRISPR incorrectamente o usarse de forma abusiva, en particular en lo concerniente al genoma humano?

Especialmente me estaba comenzando a preocupar que en el futuro inmediato los científicos intentarían alterar el genoma humano de un modo heredable, no para tratar enfermedades en un paciente vivo, sino para eliminar la posibilidad de una enfermedad en un bebé que aún no hubiera nacido o siquiera se hubiera concebido. Después de todo, eso era lo que Cristina le había propuesto a Sam. Incluso si ella no lo consiguiera, ¿quién podría asegurar que otra persona no lo hiciese?

Esta posibilidad me consumía. Los seres humanos no habían dispuesto hasta ahora de una herramienta como CRISPR, que no solo tenía el potencial de convertir el genoma de todas las personas vivas, sino también todos los genomas futuros, en un palimpsesto colectivo en el que cualquier trozo de código genético se podría borrar y reescribir al antojo de la generación que hiciera la edición. Y lo que es más, encuentros como el de Sam con Cristina me obligaban a aceptar que no todo el mundo compartía mi inquietud acerca de la posibilidad de que los científicos que fueran a reescribir el ADN de los futuros seres humanos no apreciasen completamente sus consecuencias. Inevitablemente, alguien iba a usar CRISPR en un embrión humano —ya fuera para erradicar la anemia falciforme en la línea germinal de una familia o para realizar una mejora— y, a la larga, podría cambiar perfectamente el curso de la historia de nuestra especie de un modo imposible de predecir.

Comenzaba a darme cuenta de que la pregunta no era si la edición génica se llegaría a usar para alterar la línea germinal humana, sino cuándo y cómo . Empezaba a quedarme claro que, si quería tener algo que decir sobre cuándo y cómo se podría usar CRISPR para cambiar el contenido genético de los futuros seres humanos, primero debería entender exactamente cuál sería el alcance de la edición de la línea germinal respecto a los avances científicos previos. ¿Qué tipos de intervenciones sobre la línea germinal se habían hecho ya y cómo se habían tolerado? ¿Cuáles eran los objetivos de esas intervenciones previas? ¿Y qué habían dicho mis predecesores —especialmente las grandes mentes científicas de generaciones pasadas— sobre la manipulación de la línea germinal, cuya posibilidad a mí me alarmaba tanto?

No es que el debate sobre la modificación de la línea germinal humana comenzara cuando se estableció CRISPR. Ni mucho menos. Cuando los primeros indicios de la edición génica estaban aflorando, los médicos que trabajaban en medicina reproductiva ya estaban seleccionando unos embriones en vez de otros para establecer el embarazo, y de este modo estaban tomando decisiones sobre qué genética se propagaría a las generaciones siguientes. Y desde mucho antes, los facultativos y supervisores de la ciencia estaban incómodos con la posibilidad de que los seres humanos alguna vez llegaran a ser los autores de su propia constitución genética.

En cuanto se demostró el papel del ADN en la codificación de la información genética, los investigadores comenzaron a apreciar el poder de manipular de modo racional el código genético, incluso antes de que las herramientas para hacerlo existieran. Marshal Nirenberg, uno de los biólogos que descubrieron el código genético en los sesenta (un logro por el que recibió el Premio Nobel en Fisiología o Medicina), escribió en 1967 sobre «el poder del hombre para modelar su propio destino biológico. Ese poder», resaltó, «puede utilizarse sensata o imprudentemente en beneficio o detrimento de la humanidad». Consciente de que esa capacidad no debía estar solamente en manos de los científicos, Nirenberg continuó: «Las decisiones concernientes a la aplicación de este conocimiento deben ser tomadas en última instancia por la sociedad, y solo una sociedad bien informada puede tomar esas decisiones sabiamente» ¹¹⁹ .

No todos los científicos eran tan comedidos. Escribiendo para American Scientist unos años más tarde, Robert Sinsheimer, por entonces profesor de biofísica en Caltech, describió la modificación genética humana como «uno de los conceptos potencialmente más importantes que han surgido en la historia de la humanidad […]. Por primera vez en todos los tiempos, una criatura viviente entiende su origen y puede asumir el diseño de su futuro». Sinsheimer se burlaba de los críticos que discutían que la ingeniería genética era simplemente una versión moderna del eterno pero fútil sueño de perfeccionar la humanidad: «Claramente, el hombre es una criatura imperfecta llena de deficiencias. Considerando su evolución, era prácticamente inevitable que fuera de otro modo […]. Ahora vislumbramos otra ruta —una oportunidad de aliviar las tensiones internas y curar directamente los defectos internos— para avanzar y perfeccionar de modo consciente, mucho más allá de nuestra actual visión, este increíble producto de dos mil millones de años de evolución» ¹²⁰ .

En las dos décadas siguientes a la publicación del ensayo de Sinsheimer los científicos estaban cartografiando a toda velocidad la ruta hacia la perfección que él solo había podido atisbar a finales de los sesenta. A principios de los noventa los ensayos en terapia génica con pacientes humanos ya estaban en marcha, y aunque estaba claro que la manipulación de la línea germinal humana no sería posible ni siquiera con esta tecnología relativamente avanzada, eso no evitó que a los investigadores les siguiera preocupando esa posibilidad. French Anderson, el científico que lideró los ensayos clínicos iniciales, hablaba abiertamente sobre los riesgos y argumentos éticos en contra del uso de la terapia génica con propósitos de mejora, ya fuera en células somáticas o en la línea germinal. Más que nada, cuestionaba si algún científico sería capaz de ejercer este recientemente adquirido poder de forma responsable o si en su lugar el científico «sería como un jovenzuelo que disfruta desmontando las cosas. Es lo suficientemente listo para desmontar un reloj, y tal vez lo suficientemente brillante como para montarlo de nuevo y que siga funcionando. Pero ¿qué ocurriría si intentara “mejorarlo”? Tal vez añadiendo unas manecillas más grandes para que se pueda ver la hora más fácilmente. Pero si las manecillas son demasiado pesadas para el mecanismo, el reloj irá más despacio, será más errático o no funcionará en absoluto […]. Sus intentos para mejorar el reloj probablemente solo conseguirían dañarlo» ¹²¹ .

A pesar de los avisos de destacados científicos como Anderson, la idea de alterar o refinar nuestra composición genética continuó estimulando a algunos biólogos a lo largo del siglo XX . La emoción de estas mujeres y hombres fue estimulada por la investigación y el desarrollo que estaban teniendo lugar en terapia génica humana, así como por los avances cruciales en tres áreas principales: la investigación en fertilidad, los estudios animales y la genética humana.

En aquel tiempo cualquier científico que soñara con «mejorar» algún día la composición genética del género humano y buscara inspiración no tenía que ir más allá de los avances en el tratamiento de la infertilidad. El nacimiento en 1978 de Louise Brown, la primera «niña probeta», fue un momento decisivo para la biología reproductiva al probar que la reproducción humana podía reducirse a simples procedimientos de laboratorio: mezclando óvulos aislados y esperma en una placa de Petri, cuidando el zigoto mientras crece formando un embrión multicelular e implantando ese embrión en el útero de una mujer. La fecundación in vitro, o FIV, permitió a padres con distintos tipos de infertilidad engendrar hijos relacionados genéticamente con ellos a la vez que abría la puerta a otros tipos de manipulación que podrían finalmente llevarse a cabo en el embrión temprano durante su crecimiento en el laboratorio. Después de todo, si una vida humana podía crearse en una placa de Petri, el mismo ambiente estéril en el que las tecnologías de edición génica se estaban desarrollando, era de esperar que ambos métodos llegaran a converger algún día. Sin saberlo, la investigación destinada a soslayar la infertilidad había refinado un procedimiento que sería fundamental en las futuras discusiones sobre manipulación de la línea germinal.

La investigación animal también alentó a los científicos que creían que la edición de la línea germinal humana se encontraba a nuestro alcance. Durante las últimas décadas del siglo XX los científicos habían desarrollado métodos cada vez más ingeniosos para modificar los genomas animales, desde la clonación, pasando por la adición de genes usando virus, hasta los primeros usos de la edición génica de precisión. Hacia los noventa se había convertido en habitual generar modelos de enfermedades humanas en ratones mediante la modificación de determinados genes en la línea germinal. Aunque el mismo procedimiento no podía utilizarse en seres humanos, esto sentó las bases para el desarrollo de invenciones como ZFN y CRISPR, que transformaron el burdo método inicial de edición génica en ratón en un método simplificado, exacto y optimizado, mucho más adecuado para seres humanos. La década también fue testigo de la primera clonación con éxito de un mamífero con el nacimiento de la célebre oveja Dolly en 1996. Mediante la transferencia del núcleo (con todo su ADN) de una célula somática de una oveja adulta a un óvulo receptor cuyo núcleo se había extraído, la estimulación de la célula híbrida para que comenzara a dividirse y luego la implantación del embrión resultante en una madre subrogada, Ian Wilmut y sus colegas generaron en Escocia una oveja cuyo genoma era una copia idéntica del de la donante.

La FIV y la clonación fueron enormes avances técnicos que ayudaron a establecer la base para la modificación de la línea germinal. No solo mostraron que los científicos podían generar un embrión viable en el laboratorio mediante la mezcla de un óvulo y esperma, sino que también revelaron que se podían crear embriones a partir de la información genética de un solo animal. Esta hazaña lanzó a los legisladores de todo el mundo a aprobar leyes que prohibieran la clonación reproductiva en seres humanos. Al final resultó que la clonación de mamíferos era técnicamente tan difícil que muy pocos laboratorios del mundo llegaban a intentarlo. Así que, al contrario que con CRISPR, la tecnología de la transferencia de núcleos somáticos fue autolimitante dada la enorme experiencia que requería.

Finalmente, el entusiasmo por hacer cambios en el ADN de los futuros seres humanos fue una gemación natural de los progresos en genética humana, especialmente la secuenciación del genoma humano. Este inimaginable avance hizo a muchos pensar que los genetistas pronto serían capaces de descubrir la raíz de algunas enfermedades que antes eran misteriosas, así como las bases genéticas de muchos más fenotipos humanos, desde sus características físicas hasta las cognitivas. Una vez que conociéramos completamente los factores genéticos que determinan la salud humana y su rendimiento, seríamos capaces de seleccionar —o tal vez incluso diseñar— embriones con una composición diferente de la de sus padres. Mejor que la de sus padres.

O, al menos, eso era lo que algunos científicos esperaban. Yo, personalmente, en esta era pre-CRISPR, me mostraba escéptica ante lo que me parecía un optimismo ciego con demasiadas efusiones acerca de las posibilidades de remodelar la línea germinal sin considerar sus consecuencias. ¿Podría este tipo de procedimiento realmente ser capaz de librar de una enfermedad genética a todos los descendientes de una persona de manera segura, o tendría efectos secundarios que no pudiéramos prever? Parecía imposible que alguna vez se pudieran realizar experimentos que respondieran a estas preguntas. E incluso si se pudiera hacer sin riesgo, ¿los doctores y sus pacientes lo restringirían realmente a temas médicos o se saltarían la barrera haciendo modificaciones no esenciales? Aunque por entonces no había dedicado demasiado tiempo a reflexionar sobre estas cosas, me sentía incómoda cuando surgía el tema de la línea germinal.

En 1998, la creciente emoción —o inquietud, dependiendo de dónde se encontrara uno dentro de ese espectro— sobre la modificación de la línea germinal llevó a dos científicos, John Campbell y Gregory Stock, a organizar uno de los primeros simposios sobre el tema en la Universidad de California, Los Ángeles (UCLA). Bajo el título de «Modificación de la línea germinal humana», la reunión destacaba charlas de algunos de los investigadores más importantes en este campo, incluyendo a French Anderson, el pionero de la terapia génica, Mario Capecchi, uno de los padres de la edición génica, y James Watson, codescubridor de la estructura del ADN. Aunque yo no asistí —por entonces mi investigación estaba todavía enfocada en preguntas del estilo de cómo se doblan las diminutas moléculas de ARN para formar elaboradas estructuras tridimensionales—, las transcripciones de la conferencia me tranquilizaron años más tarde al descubrir que yo no era la única persona preocupada por la alteración de la línea germinal humana y que mis inquietudes no eran de ningún modo nuevas ¹²² .

En la época de la conferencia en UCLA, los participantes estaban lidiando con muchas de las mismas preocupaciones sobre la modificación de la línea germinal que han vuelto a aflorar en años recientes debido a la llegada de CRISPR, temas como consentimiento, desigualdad, acceso y consecuencias inesperadas para las generaciones futuras. Como muchos de los científicos preocupados hoy día, estos investigadores abordaron la cuestión espinosa de si los científicos estarían transgrediendo leyes naturales o divinas al cambiar la línea germinal humana y si esos esfuerzos constituirían eugenesia, una serie de creencias falaces de principios del siglo XX que han sido desde entonces completamente repudiadas por las principales corrientes científicas. Pero además de, o tal vez a pesar de, estas importantes consideraciones éticas, los participantes en el simposio de 1998 estaban alentados por un optimismo extremo sobre la posibilidad de utilizar los últimos avances científicos para mejorar la humanidad. Los grupos de discusión se centraron en temas como la erradicación de la enfermedad, la supresión de defectos genéticos graves y la mejora general del curso natural de la evolución —que, según argumentaban los asistentes, podía llegar a ser tan cruel como para justificar algún tipo de intervención—.

Un informe escrito por la Sociedad Americana para la Promoción de la Ciencia sobre el tema de la modificación genética heredable en seres humanos fue considerablemente más moderado ¹²³ . El grupo de trabajo consideró que las intervenciones en línea germinal no podían llevarse a cabo (aún) de forma segura o responsable, que los problemas éticos que suscitaba eran importantes y que los riesgos de que la modificación génica se usara para cuestiones de mejora eran especialmente problemáticos. Unos años más tarde, el Centro de Genética y Política Pública llegó a conclusiones parecidas, aunque también reconocía que la demanda de los consumidores para ciertos usos podría cambiar si los científicos desarrollaban procedimientos viables ¹²⁴ . Además de estas conferencias e informes, otro acontecimiento presagió algunas de las metas —y las controversias— de la modificación en la línea germinal que acabarían revelándose más urgentes con el nacimiento de CRISPR. Este acontecimiento fue la llegada de un nuevo procedimiento médico que permitía elegir a los padres, aunque de modo limitado, el material genético que heredarían sus hijos.

Una vez que la técnica de fertilización in vitro transformó el acto de la concepción en un procedimiento de laboratorio relativamente simple, fue posible someter a los embriones humanos tempranos, como a cualquier otra muestra biológica, al análisis de su secuencia. Debido a que cada padre transmite únicamente el 50 por ciento de su ADN a la descendencia, la constelación concreta de cromosomas y genes que un hijo o una hija hereda es en la práctica esencialmente aleatoria. Pero la capacidad de generar múltiples embriones en el laboratorio usando múltiples óvulos y esperma cambió todo esto. En lugar de implantar en la madre embriones al azar, los médicos que realizaban FIV podían analizar primero el ADN de los embriones candidatos para asegurarse de que estuvieran seleccionando aquellos que tuvieran los genomas más sanos, una práctica que se ha terminado por conocer como «diagnosis genética preimplantacional» o DGP.

Desde luego, las pruebas genéticas prenatales también existen para embriones generados por reproducción sexual, y hoy en día se practican cada vez más frecuentemente. Una amniocentesis o una simple muestra de sangre de la madre (que contiene trazas del ADN del feto) puede revelar anomalías cromosómicas como el síndrome de Down e incluso mutaciones causantes de enfermedades en genes específicos. Pero aún hay consideraciones éticas que plantear. Después de todo, si la prueba prenatal indica que un feto sufre defectos genéticos perjudiciales, normalmente solo hay dos opciones: continuar con el embarazo o interrumpirlo. No es de extrañar, dada la controversia en torno al aborto selectivo, que el uso de este tipo de pruebas haya generado un intenso debate.

La diagnosis genética preimplantacional evita temas difíciles como estos al permitir la selección de los embriones antes de que el embarazo se haya llegado a establecer (aunque requiere fertilización in vitro, que es costosa e implica una extracción invasiva de los óvulos de la madre). La DGP aún presenta dificultades técnicas, pero, globalmente, ha sido efectiva en la prevención de bebés con determinadas anomalías genéticas y se ha convertido en una opción atractiva para los padres que ya están planteándose recurrir a la FIV por problemas de fertilidad. Sin embargo, aunque esta técnica evita el problema ético del aborto, carga con su propia y pesada mochila filosófica.

En los comienzos de su aplicación, la DGP se usó para la selección del género, aunque por motivos médicos; enfermedades asociadas a mutaciones en el cromosoma X, conocidas como «enfermedades ligadas al X», podían evitarse si se seleccionaban embriones femeninos. Pero, a pesar de las buenas intenciones de los científicos, muchos observadores y reguladores simplemente no podían tolerar la idea de que la DGP permitiera a los padres decidir si tener un niño o una niña; especialmente porque en muchos países las niñas se consideran menos deseables que los niños. Hoy día, el uso de la diagnosis genética preimplantacional para la selección del género es ilegal en muchos países (incluyendo India y China) o se permite exclusivamente para evitar enfermedades asociadas al X (como en Gran Bretaña). Pero es legal en Estados Unidos, donde muchas clínicas de fertilidad lo ofrecen como una opción reproductiva para los padres sin necesidad de que haya una razón médica seria.

La DGP también se ha utilizado para otros temas controvertidos, como el nacimiento de los llamados «hermanos salvadores», destinados desde el momento de la implantación no solo a vivir sus propias vidas sino también a servir como donantes de órganos o de células para sus hermanos. Y en el futuro se podrá ofrecer a los padres la opción de seleccionar características que van más allá de la susceptibilidad a la enfermedad y el género y que afectan a áreas como comportamiento, apariencia física o incluso inteligencia. La lista de asociaciones conocidas entre ciertas variantes y una diversa lista de caracteres continúa aumentando, y a medida que la tecnología DGP mejora, ¿qué va a impedir que las clínicas de fertilidad consulten esa información genética para ofrecer a sus clientes aún más opciones cuando se trate de seleccionar los embriones más deseables o «mejores»?

Las implicaciones de este tipo de pruebas genéticas son extremas, y sin embargo no es ni la tecnología más reciente ni la más avanzada asociada a la reproducción asistida. Esa distinción recae en la terapia de reemplazo mitocondrial, conocida coloquialmente como «FIV de tres progenitores». Paradójicamente, cualquier bebé nacido con este procedimiento no contiene ADN de dos progenitores sino de tres: un padre y dos madres. Esta terapia —que implica la transferencia del núcleo de un óvulo a otro óvulo cuyo núcleo ha sido eliminado— tiene por objeto salvar a los bebés de las enfermedades conocidas como «mitocondriales», que serían de otro modo inevitables. El segundo óvulo no contiene núcleo pero tiene mitocondrias, que alojan una pequeña proporción del genoma humano, de modo que este procedimiento crea un individuo que tiene parentesco genético con tres progenitores: la madre que contribuyó el genoma nuclear (y que probablemente criará al bebé), la madre que aportó el óvulo enucleado y su genoma mitocondrial (una pequeña, pero esencial, colección de genes) y el padre que proporcionó el esperma y la segunda copia del genoma nuclear.

La terapia de reemplazo mitocondrial ha demostrado su eficacia en ratones y en primates y ya se ha probado en óvulos humanos. Todavía existen controversias sobre su seguridad, pero las aplicaciones clínicas ya están en el horizonte. La comisión asesora que supervisa la investigación sobre fertilidad en el Reino Unido apoyó el reemplazo mitocondrial en un informe de 2014, y tras obtener el respaldo parlamentario en 2015, Reino Unido se convirtió en el primer país del mundo en aprobar normas que permiten su uso clínico ¹²⁵ . Estados Unidos no irá muy a la zaga; a principios de 2016, la Academia Nacional de Ciencias, Ingeniería y Medicina recomendó igualmente que la FDA aprobara en el futuro pruebas de FIV de tres progenitores ¹²⁶ .

Procedimientos como DGP y FIV de tres progenitores demuestran que las comunidades científica y médica están dispuestas a expandir los límites de la ética para permitir que los padres tengan hijos sanos. Incluso la FIV de tres progenitores, que en ciertos aspectos es técnicamente muy similar a la clonación reproductiva, ha sido objeto de un relativamente escaso examen filosófico o normativo comparado con esa otra técnica, mucho más controvertida. A pesar de que la técnica de FIV de tres progenitores cambiaría la línea germinal permanentemente transmitiéndose a perpetuidad a las generaciones futuras, los reguladores han dado luz verde a esta terapia reproductiva.

Leyendo sobre estos casos, me pregunté a mí misma: ¿estarán igual de cómodos los reguladores y los investigadores con el uso de CRISPR para llevar a cabo cambios heredables en el genoma humano, dado que su poder es mucho mayor que el de esas tecnologías precedentes? Cuando los médicos de fertilidad se percaten finalmente de que tienen la capacidad de mejorar los genomas de los embriones con muchas, pero que muchas más variantes génicas de las que pudiera aportar cualquier grupo concreto de progenitores, ¿se pararán a reflexionar sobre las posibles consecuencias? ¿O se apresurarán a hacer uso de este poder recién adquirido recurriendo irreflexivamente a una herramienta genética que, usada a ciegas, no se puede controlar por completo?

Como profesora e investigadora en bioquímica, no estaba habituada a hacerme este tipo de preguntas en mi día a día. Aunque recuerdo escribir en mi solicitud para la universidad que me interesaba la comunicación científica, la verdad es que prefería el trabajo de laboratorio realizando nuevos experimentos a pensar en las teóricas implicaciones a largo plazo de mi investigación e intentar explicárselas a personas sin formación científica. Y a medida que me involucraba más en mi campo, pasaba cada vez más tiempo hablando con especialistas y menos con gente ajena a mi inmediato círculo de expertos. De este modo caí en una trampa habitual; los científicos, como todo el mundo, se sienten más cómodos cuando están rodeados de otros como ellos, gente que habla el mismo lenguaje y se preocupa por los mismos problemas, ya sean grandes o pequeños.

Sin embargo, dos años después de que mis colegas y yo publicáramos el artículo que describía CRISPR como una nueva plataforma de edición génica, me empezaba a resultar imposible ignorar estas preguntas de ámbito general y mantenerme en mi familiar burbuja científica. A medida que los científicos utilizaban CRISPR para editar los genes de más y más animales, a la vez que continuaban expandiendo las capacidades de esta herramienta, me di cuenta de que no pasaría mucho tiempo antes de que algún científico en algún lugar probase CRISPR en óvulos, esperma o embriones humanos con el fin de reescribir permanentemente el genoma de futuros individuos. Pero increíblemente nadie estaba discutiendo esta posibilidad. En su lugar, la revolución de la edición génica se estaba desarrollando a espaldas de la gente a la que afectaría. Incluso mientras el campo de CRISPR estallaba, nadie fuera de mi círculo de colegas parecía conocerlo o entender lo que estaba por llegar. En cierto momento, la desconexión que esto creaba entre mi vida profesional y personal se hizo profunda. Durante el día compartía apuntes con los especialistas, por la noche cenaba con vecinos y charlaba con los miembros de la Asociación de Madres y Padres de Alumnos y durante todo ese tiempo me maravillaba de lo poco que los habitantes de cada uno de estos dos mundos parecían saber sobre los otros. De modo que, mientras las autoridades del Reino Unido estaban deliberando abiertamente sobre la terapia de reemplazo mitocondrial, yo me preguntaba en privado si podría evitar la tormenta ética que se fraguaba en torno a la tecnología que había contribuido a crear.

No es que estuviera categóricamente en contra de la idea de que los científicos y los médicos usaran la edición génica para introducir cambios heredables en el genoma humano. Sin duda comportaba numerosos problemas filosóficos, prácticos y de seguridad —muchos de los cuales trataré en el próximo capítulo— que merecían una discusión profunda y un intenso debate, pero ninguno de ellos constituía una razón para prohibir completamente el uso de esta tecnología. Estaba mucho más preocupada por otros dos peligros más concretos: primero, que a través de una serie de experimentos imprudentes y mal concebidos los científicos implementaran CRISPR prematuramente sin supervisión adecuada ni consideración de los riesgos, y, segundo, que en virtud de su gran eficiencia y facilidad de uso podría abusarse de CRISPR o utilizarse con propósitos nefastos.

Era difícil saber cuáles podrían ser esos usos indebidos o quién podría realizarlos. Ya en la primavera de 2014, antes de que tuviera la oportunidad de considerar en profundidad estos temas, mi subconsciente me estaba ofreciendo respuestas en forma de pesadillas —a una de ellas ya me he referido en las páginas iniciales de este libro—.

En un sueño concreto, un colega se me aproximaba para preguntarme si estaría dispuesta a enseñar a alguien cómo funcionaba la tecnología de edición génica. Seguí a mi colega hasta una habitación para que me presentara a esa persona y me sorprendió encontrarme al mismísimo Adolf Hitler sentado frente a mí. Tenía cara de cerdo (tal vez porque había estado pensando durante mucho tiempo en el genoma humanizado del cerdo que por entonces se estaba reescribiendo), y lo encontré meticulosamente preparado para nuestra reunión con bolígrafo y papel, listo para tomar notas. Fijando su mirada en mí con mucho interés, dijo: «Quiero entender los usos e implicaciones de esta increíble tecnología que ha desarrollado» ¹²⁷ .

Su aspecto aterrador y la siniestra petición bastaron para que me despertara de golpe. Tumbada en la oscuridad y con el corazón latiendo a cien por hora, no podía escapar de la terrible premonición que me había dejado el sueño. La capacidad de remodelar el genoma humano era realmente un poder increíble, uno que podría ser devastador si cayera en manos equivocadas. La idea me asustaba todavía más porque, en este punto, CRISPR se había diseminado ampliamente entre usuarios de todo el mundo. Decenas de miles de herramientas relacionadas con CRISPR ya se habían enviado a docenas de países ¹²⁸ , y los conocimientos y protocolos necesarios para crear mutaciones de diseño en mamíferos —al menos en ratones y monos— se habían descrito con gran detalle en numerosos artículos publicados ¹²⁹ . Para empeorar las cosas, CRISPR no solo era empleado por cientos de laboratorios de investigación académicos y comerciales de todo el mundo; también se lo estaban vendiendo en Internet a cualquier consumidor que tuviera cien dólares ¹³⁰ . Es cierto que estos kits caseros solo estaban pensados para modificar genes bacterianos y de levaduras, pero la técnica era tan simple que no era difícil imaginar a algún biohacker enredando con sistemas genéticos más complejos, incluyendo el nuestro ¹³¹ .

¿Qué habíamos hecho? Emmanuelle y yo, y nuestros colaboradores, habíamos imaginado que la tecnología CRISPR podría salvar vidas ayudando a curar enfermedades genéticas. Y sin embargo, tal como lo concebía ahora, me dolía pensar en todas las maneras en las que nuestro duro trabajo podía pervertirse. Abrumada por lo rápido que todo estaba yendo y por lo rápido que parecía que todo podía ir mal, me empecé a sentir un poco como el doctor Frankenstein. ¿Había creado un monstruo?

Como si no tuviera la cabeza lo suficientemente ocupada con estos inquietantes pensamientos, me surgió una nueva preocupación: que los científicos no condujeran su investigación con transparencia. La ciencia, después de todo, no ocurre en el vacío. Esto es especialmente cierto para las ciencias aplicadas, en las que los avances con frecuencia impactan directamente en la sociedad. Creo firmemente que los científicos que trabajan en este campo tienen la responsabilidad de realizar su investigación abiertamente, educar al público acerca de su trabajo y establecer debates colectivos sobre los posibles riesgos, beneficios y ramificaciones de sus experimentos antes de llevar a cabo nada que, por así decirlo, cruce el Rubicón.

En el caso de CRISPR, parecía claro que el debate público estaba quedando muy rezagado respecto al frenético ritmo de la investigación genética. Me planteaba si podría haber una reacción negativa si se intentaran experimentos en seres humanos antes de que pudiéramos entablar una discusión abierta sobre la edición génica. Y era posible que esta reacción pudiera dañar o retrasar aplicaciones terapéuticas de CRISPR más urgentes y menos controvertidas, como el tratamiento de enfermedades genéticas en pacientes adultos. Cada vez más preocupada por estas posibilidades, buscaba a ciegas pistas sobre cómo proceder.

Fue por esta época cuando me di cuenta de que estaba usando analogías con las armas nucleares, un campo en el que la ciencia se desarrolló en secreto y sin la adecuada discusión sobre cómo deberían usarse los descubrimientos de los investigadores. Esto quedó especialmente patente durante la Segunda Guerra Mundial. J. Robert Oppenheimer, que fue profesor de física en Berkeley y uno de los padres de la bomba atómica, precisamente sacó a relucir tras la guerra este punto en una serie de comparecencias sobre seguridad, después de que sus declaraciones públicas para acabar con la carrera de armamentos (por no mencionar sus lazos con el comunismo) desataran la ira de los políticos. Comentando la reacción estadounidense a las primeras pruebas de una bomba nuclear de la Unión Soviética y el consiguiente debate sobre si se debían desarrollar las aún más explosivas bombas de hidrógeno, Oppenheimer dijo: «Mi criterio en estos temas es que cuando descubres algo que es técnicamente atractivo, continúas y lo materializas para posteriormente discutir qué hacer con eso, pero solo después de que lo hayas conseguido técnicamente. Así se hizo con la bomba atómica. No creo que nadie se opusiera a hacerla; solo hubo debates sobre qué hacer con ella después de que se hubiera desarrollado» ¹³² .

Las palabras de Oppenheimer contribuyeron a punzar aún más mi conciencia. Tal vez algún día digamos lo mismo acerca de CRISPR y los seres humanos genéticamente modificados. Aunque con casi total certeza la edición génica humana nunca tendrá las mismas consecuencias catastróficas que la detonación de un arma nuclear, parecía probable que precipitarse con la investigación podría de todos modos causar daño, al menos minando la fe de la sociedad en este nuevo tipo de biotecnología. De hecho, dada la incomodidad general, o incluso antipatía, hacia ciertas formas de ingeniería genética en la agricultura, me estaba empezando a preocupar especialmente que la falta de información —o la desinformación— sobre la edición de la línea germinal pudiera obstaculizar nuestros intentos de usar CRISPR en aplicaciones más seguras y esenciales.

Mientras le daba vueltas a los posibles escenarios, comencé a preguntarme cómo podría adelantarme al problema. Quería encontrar el modo de adoptar una acción preventiva iniciando un debate público y franco sobre esta tecnología que había contribuido a crear. ¿Podría, junto a otros científicos igualmente preocupados, salvar a CRISPR de sí misma —pero no después del hecho, como había pasado con las armas nucleares, sino antes de que ocurriera el cataclismo—?

Busqué respuestas en otro momento clave de la historia de la biotecnología, un episodio donde las voces de prudencia resonaron por toda la comunidad científica y más allá. Entonces, al igual que ahora, la causa de preocupación fue un avance en la ingeniería genética. En aquella ocasión fue el nacimiento del ADN recombinante. Y en ese caso los científicos fueron proactivos —y, finalmente, tuvieron éxito— para evitar que su trabajo causara perjuicios accidentalmente.

A principios de los setenta los científicos consiguieron avances fundamentales en el naciente arte del ensamblaje de genes, fusionando químicamente, o recombinando, trozos purificados del material genético de distintos organismos para crear unas moléculas sintéticas de ADN que no habían existido hasta ese momento. Paul Berg, un bioquímico de Stanford y finalmente ganador del Premio Nobel, fue el primero en realizar esta hazaña, y lo consiguió combinando ADN de tres orígenes: un virus bacteriano conocido como «fago lambda», la bacteria E. coli y un virus de mono conocido en inglés como Simian Virus 40, o SV40 ¹³³ . Una vez que hubo combinado el ADN viral y bacteriano, Berg planeaba introducir estos minicromosomas híbridos en células para estudiar las funciones de los genes individuales expresados fuera de su entorno natural.

Pero en ese momento, Berg y otros científicos se dieron cuenta de que experimentar con material genético modificado podía tener muchas consecuencias impredecibles y potencialmente peligrosas. Tal vez lo más preocupante era la idea de lo que podría ocurrir si el ADN sintético no quedara adecuadamente confinado y, de algún modo, saliera del laboratorio. El plan original de Berg había sido transferir el material genético a cepas de bacterias de E. coli de laboratorio, pero como el sistema digestivo humano de modo natural contiene miles de millones de E. coli inocuas, parecía plausible que las E. coli modificadas genéticamente pudieran infectar y dañar a los seres humanos. Además, como se sabía que el virus SV40 podía causar tumores en ratones, cabía la posibilidad de que el fragmento de ADN de SV40 pudiera crear un nuevo patógeno carcinogénico que, de liberarse al medio ambiente, podría causar estragos, extendiendo entre los seres humanos u otras especies genes causantes de cáncer o de resistencia a antibióticos.

Debido a estas preocupaciones, Berg y su grupo de investigadores se abstuvieron de completar el experimento. En lugar de eso, Berg convocó la primera de lo que luego serían dos reuniones que se celebraron en la pintoresca área de congresos de Asilomar, enclavada en Pacific Grove, California, en la punta oeste de la península de Monterrey. Antes de proseguir con estas investigaciones, quería reclutar a sus colegas científicos para realizar un profundo análisis de costes y beneficios.

La reunión de 1973 —que finalmente se conoció como Asilomar I— se centró en el ADN de los virus cancerígenos y el riesgo que representaban; no abordaron directamente los nuevos experimentos de ADN recombinante que Berg estaba proyectando realizar.

Sin embargo, ese mismo año, los científicos celebraron una segunda conferencia centrada específicamente en el ensamblaje génico. Las preocupaciones expresadas en esta reunión llevaron a los científicos a solicitar que la Academia Nacional de Ciencias de EE. UU. estableciera un comité que investigara oficialmente esta nueva tecnología. Berg acabaría actuando como presidente de este comité sobre moléculas recombinantes de ADN, que se reunió en 1974 en el MIT. Justo después de la reunión, escribieron un informe público titulado «Potenciales peligros biológicos de las moléculas de ADN recombinante» ¹³⁴ .

La «carta de Berg», como se la conoce normalmente, solicitó una moratoria mundial para los experimentos que el comité consideró más peligrosos: aquellos dirigidos a crear resistencia a antibióticos en nuevas cepas bacterianas y aquellos dirigidos a crear híbridos de ADN con virus carcinógenos. Fue una de las primeras veces que los científicos se habían abstenido voluntariamente de realizar toda una clase de experimentos sin necesidad de regulación alguna ni amenazas de sanciones gubernamentales.

La carta de Berg también incluía tres recomendaciones: primero, que los científicos adoptaran planteamientos cautos en relación con los experimentos dirigidos a la fusión de ADN animal y bacteriano; segundo, que el NIH estableciera un comité consultivo para supervisar futuros problemas acerca del ADN recombinante, y tercero, que se convocara un congreso internacional para que los científicos de todo el mundo pudieran considerar los últimos avances en el campo e intercambiar notas sobre cómo tratar con los peligros potenciales. Esta última recomendación dio lugar al Congreso Internacional sobre Moléculas de ADN Recombinante que se celebró en Asilomar en febrero de 1975.

Se ha escrito mucho sobre Asilomar II ¹³⁵ . Asistieron aproximadamente ciento cincuenta personas, casi todos científicos pero también abogados, funcionarios del gobierno y representantes de los medios de comunicación. El debate fue acalorado en determinados momentos, incluso con discrepancias entre los expertos en biología sobre los peligros relativos de los experimentos que involucrasen ADN recombinante. Algunos estaban en contra de suspender prematuramente la moratoria, y opinaban que ciertos experimentos deberían seguir estando prohibidos hasta que se supiera mucho más sobre sus riesgos; otros sostenían que los riesgos eran, seguramente, inexistentes o al menos mínimos, y ciertamente nada de lo que no nos pudiéramos proteger con medidas apropiadas de seguridad. Finalmente, Berg y sus colegas decidieron que la mayoría de los experimentos deberían continuar, pero con medidas apropiadas de seguridad; es decir, barreras biológicas y físicas que contuvieran a los organismos modificados genéticamente ¹³⁶ .

Aunque estas resoluciones fueron realmente importantes, Asilomar II fue igualmente relevante por la interacción que se forjó entre los científicos y el público. Los miembros de los medios que asistieron al congreso informaron a sus audiencias acerca de las discusiones de los científicos. En lugar de provocar la indignación y unas restricciones agobiantes, como algunos científicos habían temido, esta transparencia derivó finalmente en un consenso que permitió que la investigación prosiguiera con el respaldo popular ¹³⁷ .

Sin embargo, a Asilomar II no le faltaron críticos. La asistencia a la conferencia fue solo por invitación, y contó solo con un puñado de participantes que no eran científicos, por lo que algunos argumentaron que el congreso había fracasado a la hora de lanzar una red lo suficientemente grande fuera de la comunidad científica ¹³⁸ . Otros discreparon por la ausencia en la agenda del congreso de temas como la bioseguridad y la ética ¹³⁹ . Tal vez la crítica principal se centró en la idoneidad de que los expertos fueran los más adecuados para evaluar y tratar los riesgos, beneficios y retos éticos que planteaba esta nueva tecnología, y que por tanto esos expertos fueran los que definieran los términos del debate. Como expresó Benjamin Hurlbut, un historiador de la ciencia de la Universidad Estatal de Arizona: «Este procedimiento malinterpreta la democracia. Nuestras tecnologías tienen que estar sujetas a lo que decidamos democráticamente que queremos que sea el futuro, no al revés. Frecuentemente se mantiene que la ciencia y la tecnología sirven a la sociedad; debiera tomarse esa promesa seriamente. Imaginar lo que es correcto y apropiado para nuestro mundo —y lo que amenaza sus cimientos morales— es una tarea para la democracia, no para la ciencia» ¹⁴⁰ .

Estoy absolutamente de acuerdo en que la sociedad en conjunto —en lugar de los científicos individualmente o incluso en grupo— debería decidir cómo utilizar una determinada tecnología. Pero este planteamiento tiene una pega, y es que la sociedad no puede tomar decisiones sobre tecnologías que no entiende, y desde luego menos sobre aquellas de las que no sabe nada. La labor de los científicos es llamar la atención del público sobre estos avances, como hicieron Berg y sus colegas, para exponer y desmitificar sus éxitos técnicos de modo que el público pueda entender sus implicaciones y decidir cómo utilizarlos. Después de todo, cuando el ensamblaje génico se desarrolló por primera vez la mayoría de los científicos ni siquiera se habían enterado; el debate forzosamente tenía que comenzar en la comunidad de expertos que entendían esa tecnología y los experimentos que posibilitaba. Al hacer públicas estas discusiones e invitar a los medios para que las explicaran aún más, de manera que incluso los no especialistas pudieran comprenderlas, Berg y sus colegas ayudaron a derribar la pared que separa a los científicos del público y preparar el camino para la creación de una autoridad gubernamental conocida como el Comité Asesor sobre ADN Recombinante, que se involucró seriamente en la supervisión de la investigación subsiguiente y las aplicaciones de esa tecnología ¹⁴¹ .

Cuarenta años más tarde, a principios de 2014, decidí que necesitábamos un abordaje similar —no solo con CRISPR sino con la edición génica en general—. La tecnología ya se había extendido como el fuego entre la comunidad científica global; en su breve historia, la edición génica de precisión se había usado en una diversa y creciente colección de animales y todos los indicios sugerían que las aplicaciones terapéuticas en células somáticas humanas no iban a tardar en llegar. Pero los científicos y el público parecían ignorar la posibilidad real de que esta tecnología se usara en breve en embriones humanos, y parecían ajenos al alcance de este tipo de edición en la línea germinal.

Era evidente que había que comenzar sin demora una discusión franca y abierta sobre la edición en línea germinal, y me pareció que yo tenía que ayudar a iniciar el debate. Al igual que Berg y sus colegas habían hecho sonar la señal de alarma cuando los riesgos de su trabajo con ADN recombinante estuvieron claros, yo debería abandonar la comodidad de mi laboratorio y ayudar a difundir el mensaje sobre las implicaciones de nuestro trabajo. Solo de ese modo CRISPR podría llegar a ser completamente entendido por la gente a cuyas vidas pronto afectaría. Pensaba que solo así se podrían evitar sus peores excesos.

Para una investigadora como yo, una cosa es organizar un congreso sobre temas que están claramente bajo mi mando y otra muy distinta es tomar las riendas de una discusión sobre las implicaciones más amplias de mi investigación, un debate que no trata sobre las cuestiones habituales de la cinética de reacción, los mecanismos biofísicos y las relaciones estructura-función, sino sobre cuestiones políticas, éticas y normativas. Nunca antes había asumido ese rol y al principio me resultó muy intimidatorio.

Afortunadamente, no tenía que afrontarlo en solitario. Recientemente había sido cofundadora de un instituto en el área de la bahía de San Francisco llamado Instituto de Genómica Innovativa (Innovative Genomics Institute, IGI) con el objetivo de hacer progresar las tecnologías de edición génica, y me di cuenta de que el IGI estaba perfectamente situado para albergar un congreso como los que Berg había organizado en Asilomar. Pero sabía que teníamos que dejar que la conversación fluyera de un modo natural, no arrancar de cero a cien convocando una extensa conferencia desde el principio. Decidí que deberíamos organizar un pequeño encuentro de un día invitando a unas veinte personas. El objetivo inmediato, desde mi punto de vista, era elaborar un libro blanco —un informe que propusiera un rumbo para el campo— y convocar a más partes interesadas para sopesar el tema de la edición génica. Yo esperaba que, al igual que el congreso de Berg en 1974 en el MIT, este primer encuentro —que finalmente llamamos Foro IGI de Bioética— fuera el preludio de una conferencia mucho mayor y más inclusiva.

Establecimos como fecha para la reunión enero de 2015 y elegimos como sede Carneros Inn, en Napa Valley, la conocida región vinícola que se encuentra aproximadamente a una hora al norte de Berkeley. Colaborando en la organización del foro se encontraban Jonathan Weissman, un colega muy cercano en la Universidad de California, San Francisco, y codirector del IGI, Mike Botchan, un compañero de Berkeley y director administrativo del IGI, Jacob Corn, el director científico del IGI, y Ed Penhoet, profesor emérito en Berkeley y cofundador de la empresa biotecnológica Chiron. Una de las primeras invitaciones se le envió al mismísimo Paul Berg (que es profesor emérito en Stanford), y me entusiasmó que aceptara. Además, la lista de invitados incluía a David Baltimore, un colega de Berg, biólogo de Caltech y ganador del Premio Nobel. Baltimore no solo había asistido al congreso en el MIT de 1974 sino que había sido coautor del documento resultante, que solicitaba una moratoria en la investigación sobre ADN recombinante, y había desempeñado un papel fundamental en las discusiones de Asilomar II. La presencia de Paul y de David significaba que nuestra reunión tendría un vínculo directo con los actos que lo habían inspirado. Y lo que es más importante: sin duda alguna, su experiencia nos ayudaría a atravesar el difícil terreno que tendríamos por delante.

También habían confirmado su asistencia Alta Charo, profesora de derecho y bioética en la Universidad de Wisconsin en Madison; Dana Carroll, uno de los pioneros de la edición génica en los tiempos que precedieron a CRISPR; George Daley, experto en células madre del Children’s Hospital de Boston; Marsha Fenner, directora de programa del IGI; Hank Greely, director del Centro de Leyes y Biociencias en la Universidad de Stanford; Steve Martin, profesor emérito y antiguo decano de Ciencias Biológicas en la Universidad de California, Berkeley; Jennifer Puck, profesora de pediatría de la Universidad de California, San Francisco; John Rubin, un productor y director cinematográfico; Sam Sternberg, coautor de este libro y en aquel momento mi estudiante de tesis; y Keith Yamamoto, profesor de la Universidad de California, San Francisco, y director administrativo del IGI. Invitamos a algunos científicos más que renunciaron a asistir. (George Church y Martin Jinek, dos científicos que no asistieron, finalmente firmaron el artículo que se publicó después del encuentro.)

La reunión, que celebramos el 24 de enero de 2015, desató animadas discusiones en un amplio rango de temas. Los asistentes, diecisiete en total, hicieron presentaciones formales sobre terapia génica y mejora de la línea germinal, sobre las normativas existentes que regulaban los productos modificados genéticamente y sobre el meollo detallado de CRISPR. Todavía más interesantes que estas presentaciones fueron, en mi opinión, las mesas redondas de discusión acerca del futuro de la edición génica. Estas conversaciones fueron apasionadas y creativas, y abordaron temas con los que antes había tenido que lidiar a solas.

Cuando empezamos a discutir la autoría del libro blanco que resumiría nuestras conclusiones, debatimos quién debía ser la audiencia a la que nos dirigíamos y qué era lo que esperábamos conseguir. ¿Deberíamos tratar sobre todas las repercusiones de la utilización de CRISPR —incluyendo los nuevos tipos de OMG e incluso los organismos diseñados—, y no exclusivamente sobre su uso potencial en la edición de la línea germinal? ¿Había descubierto CRISPR nuevos problemas sobre la modificación de la línea germinal o las diferencias entre esta tecnología y las precedentes eran solo una cuestión de grado? ¿Estaría nuestro pequeño grupo firmemente en contra de la edición en la línea germinal o dejaríamos abierta la posibilidad de su uso en algún momento?

A medida que manteníamos estas conversaciones, comenzó a tomar forma un consenso. Decidimos que el uso de la edición génica específicamente en la línea germinal humana debería ser el foco de nuestro libro blanco. La terapia génica se había aplicado a las células somáticas de pacientes durante más de dos décadas, y las primeras tecnologías de edición génica también se habían utilizado en células somáticas humanas en ensayos clínicos. Estaba claro que la edición génica en línea germinal era la única área en la que pocos se habían aventurado y en la que era más urgente el debate público. Todos coincidíamos en que esto se debía fundamentalmente a que CRISPR había rebajado las barreras técnicas que antes habían convertido la edición de la línea germinal humana en un reto complicado, si no imposible, de conseguir. A pesar de los muchos volúmenes escritos sobre modificación de línea germinal, y a pesar de la conferencia de 1998 en la Universidad de California, Los Ángeles (UCLA), y de los escenarios apocalípticos explorados por los escritores de ciencia ficción a lo largo de los años, simplemente no había sido posible editar la línea germinal humana con ningún grado de precisión antes de CRISPR. Ahora, desde luego, las cosas habían cambiado mucho: algo que nos quedó claro cuando uno de los participantes en el foro nos contó que un manuscrito en el que se describían experimentos en los que se habían editado embriones humanos con CRISPR ya estaba circulando por las principales revistas científicas. Este estudio, si fuera cierto, representaría la primera vez que los científicos habían modificado conscientemente las secuencias de ADN del genoma de un potencial futuro ser humano.

Si había algún momento en que se debiera alzar la voz, era ahora. Pero ¿cuál sería nuestra posición al respecto? Muchos de nosotros dudábamos si alguna vez llegaría a ser seguro hacer cambios hereditarios en el genoma humano dado que cualquier error sería desastroso para el individuo y sus generaciones futuras. Si esos cambios podían ser justificados éticamente era un tema completamente distinto. A medida que la conversación se prolongaba hasta la tarde, comenzamos a deliberar sobre temas de justicia social y libertad de procreación y discutimos abiertamente sobre nuestros miedos acerca de la eugenesia. Algunos participantes recelaban que la ciencia pudiera avanzar en esta dirección, mientras que otros admitían que no tenían ningún problema con la edición de la línea germinal, al menos en teoría. Este grupo argumentaba que siempre que se pudiera probar que era segura y eficaz, y siempre que los beneficios superaran claramente los riesgos, ¿cómo podríamos demorar esta forma de terapia utilizando criterios más estrictos que los aplicados a otros tratamientos médicos?

Sin embargo, al final nos dimos cuenta de que esta era una decisión que no deberíamos tomar nosotros. No éramos nosotros, las diecisiete personas en esa sala, los que teníamos que determinar lo que el público debería opinar sobre la edición de la línea germinal. Creíamos que nuestra responsabilidad era doble. Primero, teníamos que hacer que el público fuera consciente de que la edición de la línea germinal era un problema social emergente al que habría que hacer frente, estudiarlo, discutirlo y debatirlo. Segundo, teníamos que urgir a la comunidad científica —aquellas personas a las que la tecnología les era familiar, y que la estaban desarrollando agresivamente en nuevas direcciones— a que dejara de explorar esta vía de investigación. Sentíamos que era crítico disuadir a nuestros colegas de que se lanzaran precipitadamente hacia esfuerzos de investigación, y no digamos aplicaciones clínicas de la edición génica, que supusieran alterar la línea germinal humana. Básicamente, queríamos que la comunidad científica apretara el botón de pausa hasta que las implicaciones sociales, éticas y filosóficas de la edición de la línea germinal pudieran ser discutidas apropiada y profundamente, idealmente a nivel mundial.

Sopesamos cómo conseguiríamos esos objetivos más eficientemente. ¿Deberíamos enviar una carta a un gran periódico? ¿Deberíamos dar una conferencia de prensa? ¿Deberíamos escribir nuestro punto de vista —esencialmente un artículo de opinión— en una revista científica? Después de darle muchas vueltas, nos decidimos por la última opción, al razonar que tendría más visibilidad entre los científicos en activo y probablemente atraería la atención de la prensa popular, como frecuentemente ocurría con los artículos más importantes de las principales revistas. Y como nuestra reunión se centraba en uno de los temas más candentes en biología, sabíamos que este artículo causaría sensación.

Concluimos la reunión bosquejando el artículo, que planeamos enviar a la revista Science . Estábamos de acuerdo en que su objetivo sería llamar la atención sobre este tema sin meternos en demasiados charcos. Desde luego que había muchos más temas enormemente controvertidos que discutir, pero este no parecía el encuentro adecuado para profundizar en ellos. Queríamos que la pelota comenzara a rodar y decidimos dejar esa otra discusión para una reunión posterior a la que más personas pudieran asistir y participar.

Finalmente, ya sin fuerzas, mis colegas y yo hicimos un receso en Angèle, un restaurante francés ubicado sobre el río Napa. Sentados en la terraza en torno a una larga mesa ovalada, con la fresca brisa soplando desde las colinas cercanas, degustamos el vino local y tomamos unos aperitivos mientras disfrutábamos de conversaciones desenfadadas sobre el trabajo, la familia y los viajes. Estábamos contentos de dejar a un lado los temas profundos que nos habían ocupado toda la mañana y la tarde. Pero, aun así, mi mente todavía iba a cien por hora.

¿Había acertado al adentrarme en esta nueva arena? La idea de asumir una postura pública sobre un tema científico, daba igual lo importante que fuera, se me hacía rara, casi transgresora. No estaba claro si nuestro artículo de opinión tendría un impacto duradero ni si sería recibido como esperábamos. Incluso si salía bien, podía ser demasiado poco y demasiado tarde. El manuscrito al que se había referido nuestro colega, el que en ese momento se estaba considerando publicar en las principales revistas científicas, me inquietaba. Otros experimentos parecidos podrían estar en ese mismo momento en proceso o se intentarían en un futuro cercano. ¿Se publicarían antes de que tuviéramos la oportunidad de anunciar nuestras conclusiones?

Estaba segura de una cosa: ahora que había decidido seguir este camino, actuaría rápidamente. Cuando llegué a casa en Berkeley esa noche, ya había empezado a ordenar mis anotaciones y estaba organizando un primer esquema. Escribir este artículo en particular resultó un reto, pero dos semanas después había enviado el primer borrador a los otros participantes del foro de Napa, y entre todos comenzamos la ronda de edición. El 19 de marzo de 2015 se publicó el artículo en Internet con el título de «Un rumbo sensato para el avance de la ingeniería genómica y la modificación génica de la línea germinal» ¹⁴² .

El artículo, que tenía solo unas pocas páginas, explicaba la tecnología y manifestaba nuestras preocupaciones al respecto. Tras presentar CRISPR, el concepto de la edición génica y las aplicaciones que se estaban intentando en ese momento, nos enfocamos en el tema de la edición génica en la línea germinal. Respecto a esa cuestión propusimos cuatro recomendaciones específicas. Pedimos a los expertos de las comunidades científicas y bioéticas que crearan foros que permitieran a los miembros del público interesados tener acceso a información fidedigna sobre las nuevas técnicas de edición génica, sus riesgos y potenciales recompensas, así como sobre las implicaciones éticas, sociales y legales asociadas. Hicimos un llamamiento para que los investigadores continuaran probando y desarrollando tecnología CRISPR en células humanas en cultivo y en animales modelo no humanos para que pudiera conocerse mejor su perfil de seguridad antes de comenzar aplicación clínica alguna. Solicitamos que se convocara un congreso internacional para asegurar que todas las implicaciones relevantes sobre seguridad y ética pudieran discutirse de modo abierto y transparente, no solo entre científicos y expertos en bioética, sino también entre las diversas partes interesadas que seguramente querrían influir de algún modo: líderes religiosos, defensores de los pacientes y de discapacitados, sociólogos, agencias reguladoras y gubernamentales y otros grupos de influencia.

Finalmente, y tal vez lo que era más relevante, solicitamos a los científicos que se abstuvieran de intentar hacer cambios heredables en el genoma humano. Incluso en países con normativas laxas, queríamos que los investigadores esperaran hasta que todos los gobiernos y sociedades del mundo tuvieran la oportunidad de considerar el tema. Aunque al final evitamos utilizar términos como prohibición o moratoria , el mensaje quedaba claro: por ahora, estas aplicaciones clínicas se deberían mantener fuera de alcance.

Todos mis miedos sobre cómo se recibiría el artículo de opinión y su impacto se desvanecieron tan pronto como se publicó. A los pocos días, nuestros colegas se pusieron en contacto para agradecernos haber expuesto este tema y para preguntar acerca del congreso que habíamos propuesto celebrar. ¿Iba a ser organizado por una sociedad científica profesional o por las academias nacionales? ¿Cómo planeábamos incluir a otros países además de Estados Unidos? ¿Regresaríamos a Asilomar para celebrar otra conferencia histórica o elegiríamos otra sede? También llovían mensajes de periodistas y del público, en gran parte gracias a la difusión que tuvo nuestro escrito en prensa. The New York Times publicó un artículo en primera página que originó cientos de comentarios de sus lectores ¹⁴³ , y nuestro artículo de opinión fue mencionado también por medios de difusión que iban desde la National Public Radio y el Boston Globe hasta numerosos blogs y páginas web ¹⁴⁴ . A eso también contribuyó que, tan solo unos días antes que nosotros, un grupo escribiera a la revista Nature solicitando la prohibición de la edición en la línea germinal ¹⁴⁵ , y también que la revista MIT Technology Review hubiera publicado recientemente un artículo fascinante sobre la edición en la línea germinal ¹⁴⁶ .

Daba la impresión de que, de pronto, el tema se había convertido en actualidad. En un abrir y cerrar de ojos, CRISPR había pasado de ser una técnica revolucionaria algo esotérica a convertirse en una palabra de andar por casa. Ahora que las extraordinarias implicaciones para el futuro de la humanidad se habían hecho públicas, me permití albergar la esperanza de que se pudiese mantener un debate amplio y franco sobre la edición de la línea germinal: cuándo, si es que alguna vez, se aprobaría su uso, cómo se regularía y qué repercusiones estábamos dispuestos a tolerar y cuáles no. Era emocionante haber comenzado finalmente el proceso de discusión pública sobre CRISPR; pero aún quedaba mucho camino por delante.

118 . B. Shen et al., «Generation of Gene-Modified Cynomolgus Monkey via Cas9/ RNA-Mediated Gene Targeting in One-Cell Embryos», Cell 156. 119 . M. W. Nirenberg, «Will Society Be Prepared?», Science 157 (1967): 633. 120 . R. L. Sinsheimer, «The Prospect for Designed Genetic Change», American Scientist 57 (1969): 134-142. 121 . W. F. Anderson, «Genetics and Human Malleability», Hastings Center Report 20 (1990): 21-24. 122 . G. Stock y J. Campbell (eds.), Engineering the Human Germline: An Exploration of the Science and Ethics of Altering the Genes We Pass to Our Children (Oxford: Oxford University Press, 2000). 123 . M. S. Frankel y A. R. Chapman, Human Inheritable Genetic Modifications: Assessing Scientific, Ethical, Religious, and Policy Issues (Washington, DC: American Association for the Advancement of Science, 2000). 124 . S. Baruch, Human Germline Genetic Modification: Issues and Options for Policymakers (Washington, DC: Genetics and Public Policy Center, 2005). 125 . J. Schandera y T. K. Mackey, «Mitochondrial Replacement Techniques: Divergence in Global Policy», Trends in Genetics 32 (2016): 385-390. 126 . S. Reardon, «US Panel Greenlights Creation of Male “Three-Person” Embryos», Nature News, 3 de febrero de 2016. 127 . Describí este sueño por primera vez en una entrevista con Michael Specter, quien realizó un monográfico sobre CRISPR en noviembre de 2015 para New Yorker. 128 . J. K. Joung, D. F. Voytas y J. Kamens, «Accelerating Research Through Reagent Repositories: The Genome Editing Example», Genome Biology 16 (2015): 255-258. 129 . B. Shen et al., «Generation of Gene-Modified Cynomolgus Monkey via Cas9/RNA-Mediated Gene Targetting», Cell 156 (2014): 836-843. 130 . J. Zayner, «DIY CRISPR Kits, Learn Modern Science by Doing», www.indiegogo.com/projects/diy-crispr-kits-learn-modern-science-by-doing#/ . 131 . P. Skerrett, «Is Do-It-Yourself CRISPR as Scary as It Sounds?», STAT News, 14 de marzo de 2016. 132 . United States Atomic Energy Commission, In the Matter of J. Robert Oppenheimer: Transcript of Hearing Before Personnel Security Board, vol. 2 (Washington, DC: GPO, 1954), www.osti.gov/includes/opennet/includes/Oppenheimer%20hearings/Vol%20II%20Oppenheimer.pdf . 133 . D. A. Jackson, R. H. Symons y P. Berg, «Biochemical Method for Inserting New Genetic Information into DNA of Simian Virus 40: Circular SV40 DNA Molecules Containing Lambda Phage Genes and the Galactose Operon of Escherichia coli», Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 69 (1972): 2904-2909. 134 . P. Berg et al., «Letter: Potential Biohazards of Recombinant DNA Molecules», Science 185 (1974): 303. 135 . Institute of Medicine (US) Committee to Study Decision Making; K. E. Hanna (ed.), Biomedical Politics (Washington, DC: National Academies Press, 1991); M. Rogers, Biohazard (Nueva York: Knopf, 1977); P. Berg y M. F. Singer, «The Recombinant DNA Controversy: Twenty Years Later», Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 92 (1995): 9011-9013. 136 . P. Berg et al., «Asilomar Conference on Recombinant DNA Molecules», Science 188 (1975): 991-994. 137 . P. Berg, «Meetings That Changed the World: Asilomar 1975: DNA Modification Secured», Nature 455 (2008): 290-291. 138 . «After Asilomar», Nature 526 (2015): 293-294. 139 . S. Jasanoff, J. B. Hurlbut y K. Saha, «CRISPR Democracy: Gene Editing and the Need for Inclusive Deliberation», Issues in Science and Technology 32 (2015). 140 . J. B. Hurlbut, «Limits of Responsibility: Genome Editing, Asilomar, and the Politics of Deliberation», Hastings Center Report 45 (2015): 11-14. 141 . N. A. Wivel, «Historical Perspectives Pertaining to the NIH Recombinant DNA Advisory Committee», Human Gene Therapy 25 (2014): 19-24. 142 . D. Baltimore et al., «Biotechnology: A Prudent Path Forward for Genomic Engineering and Germline Gene Modification», Science 348 (2015): 36-38. 143 . N. Wade, «Scientists Seek Ban on Method of Editing the Human Genome», New York Times, 19 de marzo de 2015. 144 . R. Stein, «Scientists Urge Temporary Moratorium on Human Genome Edits», All Things Considered, NPR, 20 de marzo de 2015; «Scientists Right to Pause for Genetic Editing Discussion», Boston Globe, 23 de marzo de 2015. 145 . E. Lanphier et al., «Don’t Edit the Human Germline», Nature 519 (2015): 410-411. 146 . A. Regalado, «Engineering the Perfect Baby», MIT Technology Review, 5 de marzo de 2015.

8

LO QUE NOS QUEDA POR DELANTE

Tuve una mala sensación en la boca del estómago cuando uno de mis colegas nos reveló durante la conferencia en Napa Valley que CRISPR ya había sido utilizado para experimentar con el genoma de embriones humanos. Posteriormente me llegaron más rumores acerca del estudio y del artículo en que este se describía, lo que me llevó a preguntarme sobre los detalles e incluso la veracidad de esta historia. ¿Y si los rumores no tuvieran fundamento y estuvieran avivados por la aprensión de gente como yo que pensábamos que este tipo de investigaciones no debería continuar sin restricciones?

Cuanto más reflexionaba al respecto, más alarmantes me parecían las implicaciones de cualquier tipo de investigación que implicase la edición de la línea germinal humana. Incluso si los embriones no fueran usados para crear una persona viva (que seguro que no lo serían, me dije a mí misma, dado el enorme rechazo público que causaría), editarlos con CRISPR supondría un hito científico: la primera vez que el ADN de humanos no nacidos se habría sometido a edición génica. No solamente un experimento como este abriría de golpe una puerta que ya nunca podríamos cerrar, sino que además interferiría en el diálogo constructivo que mis colegas y yo queríamos impulsar. Al anunciar que su investigación se había adelantado al debate público, los científicos involucrados en estos experimentos obtendrían gran atención y posiblemente suscitarían bastante indignación. Mi mayor preocupación era que, sin darse cuenta, podrían poner a mucha gente en contra de esta incipiente tecnología a pesar de su enorme potencial para el bienestar común.

No tuve que esperar demasiado para enterarme de los detalles de estos experimentos. El 18 de abril de 2015, justo un mes después de que mis colegas y yo publicáramos nuestro llamamiento pidiendo a los científicos que se abstuvieran de usar la edición de la línea germinal humana, se publicó el artículo en cuestión. Aunque los experimentos no estaban diseñados para crear embriones que se pudieran implantar en el útero de una madre y llevarlos a término, aun así el estudio atrajo mucha atención.

El artículo, publicado en la revista Protein and Cell, describía los experimentos del laboratorio de Junjiu Huang, de la Universidad Sun Yat-sen de Guangzhou, China ¹⁴⁷ . Huang y sus colegas habían inyectado CRISPR en ochenta y seis embriones humanos. La diana en este estudio era el gen responsable de producir la beta-globina, una proteína que forma parte de la hemoglobina necesaria para el transporte de oxígeno por el cuerpo. La gente con defectos en el gen de la beta-globina desarrolla una enfermedad debilitante de la sangre conocida como betatalasemia. El objetivo de Huang era precisamente editar el gen de la beta-globina en esos ochenta y seis embriones para aportar evidencia de que la enfermedad se podía detener incluso antes de que hubiera comenzado.

Para obtener esta evidencia, el equipo de Huang inyectó los embriones con instrucciones genéticas humanizadas para que se produjeran las moléculas necesarias de CRISPR, una molécula de ARN a modo de GPS que especificase las coordenadas exactas en el genoma y la proteína Cas9 para que cortase el gen en ese lugar. También había incluido un trozo de ADN sintético con el que reparar el gen roto, así como un gen de medusa que codificaba la proteína verde fluorescente. Este último ingrediente permitía a los investigadores analizar los embriones, que continuaban creciendo y dividiéndose después de que se hubiera producido la edición; todo lo que tenían que hacer era buscar células que brillasen en la oscuridad.

Desde el punto de vista puramente científico, los experimentos de Huang ofrecían resultados dispares. Tras examinar los genes de la beta-globina en los embriones tratados, los investigadores comprobaron que tan solo cuatro de los ochenta y seis embriones contenían las mutaciones deseadas, una eficiencia en la edición génica de tan solo el 5 por ciento. También se encontraron con otros problemas. El método resultó ser chapucero. En algunos embriones CRISPR editó secuencias imprevistas —es decir, genes equivocados—, esparciendo por el genoma de los embriones mutaciones no deseadas. En otros casos, CRISPR cortó correctamente la secuencia deseada de ADN en el gen de la beta-globina, pero las células no se repararon adecuadamente por sí solas; en lugar de utilizar el molde aportado por los investigadores, habían reparado el gen dañado de la beta-globina usando las secuencias de un gen relacionado llamado delta-globina. Además de estos problemas, algunos de los embriones que se desarrollaron eran mosaico, lo que significa que sus células contenían una mezcolanza de distintas versiones de ediciones en el gen de la beta-globina. En un caso, el embrión presentaba, al menos, cuatro secuencias diferentes de ADN editado, de las cuales solo una era la correcta. En lugar de haber editado el gen de la beta-globina en el estadio de una célula y por tanto reparar la única copia maestra en el genoma del embrión, CRISPR había sido demasiado lento y había comenzado a funcionar cuando el huevo fertilizado ya había formado múltiples células hijas.

Precisamente este tipo de riesgos eran los que me habían incitado a solicitar públicamente el cese de la experimentación de la edición génica de la línea germinal para uso clínico. Para ser justos, el grupo de Huang reconocía que la técnica estaba lejos de ser perfecta, y apuntaba que era «una necesidad urgente continuar mejorando la fidelidad y la especificidad de la plataforma CRISPR/Cas9» antes de que se pudiera intentar cualquier aplicación clínica ¹⁴⁸ . Pero el hecho era que habíamos traspasado el umbral: ahora que se había puesto en práctica la edición de la línea germinal de embriones humanos en el laboratorio, imaginé que ya solo sería cuestión de tiempo intentarlo en un entorno clínico.

En este caso, por lo menos, Huang había sido cuidadoso asegurándose de que ningún bebé CRISPR pudiese nacer de sus experimentos mediante el uso de embriones humanos triploides. Estos se llaman así porque contienen tres juegos de veintitrés cromosomas (sesenta y nueve en total) en lugar de los dos normales (cuarenta y seis en total). Los embriones triploides no son viables, y en los procedimientos de FIV a los médicos les resulta muy sencillo identificarlos y descartarlos mucho antes de la implantación. Huang había encontrado en estos embriones inviables un modelo perfecto para probar la efectividad de CRISPR. Para el propósito de sus experimentos, los embriones triploides no eran muy diferentes a los embriones viables normales. Al utilizar embriones triploides que iban a ser descartados, Huang y sus colegas habían eludido la inevitable objeción de que estaban destruyendo vidas humanas en potencia. Y además los investigadores habían obtenido el consentimiento específico de los pacientes donantes de los embriones, se habían procurado la aprobación por parte de un comité de ética y se habían ajustado completamente a las normativas en China ¹⁴⁹ . Me consta que estos experimentos también habrían sido legales en Estados Unidos.

Leí el artículo en mi oficina de Berkeley. Cuando lo terminé, contemplé la bahía de San Francisco absorta en mis pensamientos. Estaba atónita y un poco mareada.

Aunque quería evitar pensarlo, estaba claro que mi trabajo con Emmanuelle, que comenzó con un objetivo completamente distinto, había conducido directamente al de Huang. ¿Qué otros científicos, qué otros experimentos aún sin realizar, acabarán siendo relacionados con nosotras?

Pronto se hizo evidente que muchos otros científicos compartían mi preocupación por los experimentos de Huang, y eso a pesar de que a ellos no les afectaba tan personalmente como a mí. Me enteré de que las prestigiosas revistas Nature y Science habían rechazado el manuscrito de Huang, en parte porque tenían objeciones éticas a los experimentos que describía ¹⁵⁰ . Muchos científicos coincidían en que la investigación había sido prematura, y otros se preguntaban por sus motivos subyacentes. El investigador de Harvard George Daley declaró al New York Times que la atención que con toda seguridad recibirían los científicos al editar la línea germinal «es el tipo de motivación errónea que a veces lleva a la gente a realizar ciertas cosas» ¹⁵¹ .

La reacción de muchas agencias científicas y gubernamentales al artículo de Huang fue inmediata y unánime. La Sociedad Americana de Terapia Génica y Celular, principal organización profesional para la medicina basada en ADN, reafirmó su apoyo a «una posición firme contra la edición génica en, o modificación génica de, células humanas [óvulos fertilizados] para generar seres humanos viables con modificaciones heredables por línea germinal» ¹⁵² . La Sociedad Internacional de Investigación en Células Madre se hizo eco de esa opinión, y su presidente declaró que «es fundamental una moratoria sobre cualquier aplicación clínica de la edición de embriones humanos» ¹⁵³ . Hasta la administración del presidente Barack Obama contribuyó al debate. En una entrada de blog titulada «Una nota sobre la edición génica», John Holdren, director de la Oficina de Política Científica y Tecnológica de la Casa Blanca, declaró que «la Administración opina que la alteración de la línea germinal humana por motivos clínicos es una frontera que no se debería cruzar en estos momentos» ¹⁵⁴ . Francis Collins, el director del NIH, adoptó una postura similar, estipulando además que el NIH no aprobaría financiación gubernamental para ninguna investigación que implicara la edición de embriones humanos ¹⁵⁵ .

Las agencias de espionaje estadounidenses también parecían intranquilas con los experimentos. Me sorprendió cuando en la siguiente Evaluación de Riesgos Mundiales —el informe anual presentado por los servicios de inteligencia de EE. UU. ante el Comité de Servicios Armados del Senado— se describió la edición del genoma como una de las seis armas de destrucción masiva que los estados-nación podrían tratar de desarrollar y que suponían un gran riesgo para América ¹⁵⁶ (Las otras eran los misiles de crucero rusos, las armas químicas sirias e iraquíes y los programas nucleares de Irán, China y Corea del Norte.) Los autores del informe escribieron: «Los materiales biológicos y químicos y las tecnologías, casi siempre de uso dual, se pueden transportar fácilmente en una economía globalizada», siendo «uso dual» el término aplicado a las tecnologías que pueden usarse tanto para la paz como para la guerra. «Los descubrimientos más recientes en las ciencias de la vida también se difunden rápidamente por todo el globo.» Sin describir con exactitud cómo se podría convertir la edición del genoma en un arma, el informe apuntó que «la investigación en edición génica llevada a cabo por países con normas y estándares éticos diferentes de los de los países occidentales probablemente incremente el riesgo de creación de agentes y productos biológicos potencialmente peligrosos. Dada su amplia distribución, su bajo coste y el rápido ritmo de desarrollo de esta tecnología dual, su uso indebido, deliberado o no, puede tener unas consecuencias económicas y de seguridad nacional de gran alcance». Para que no quedara ninguna duda sobre la causa de su preocupación, los autores mencionaron expresamente que «los avances de la edición génica en 2015 han llevado a grupos de importantes científicos de Estados Unidos y Europa a cuestionarse la falta de regulación de la edición de la línea germinal humana», una clara referencia al artículo de Huang y a nuestro artículo de opinión.

Me alegró ver que líderes de tantos campos compartían nuestra sensación de urgencia respecto al tema de la edición en la línea germinal, pero también estaba asombrada por advertencias como las de las evaluaciones de riesgo de James Clapper. Mis propias consideraciones sobre el posible uso indebido de CRISPR me habían llevado a imaginar lo que científicos deshonestos podrían hacer; incluso había tenido pesadillas en las que Hitler se hacía con esta tecnología. ¿Pero qué ocurriría si dictadores vivos o terroristas intentaran aprovechar CRISPR con propósitos aviesos? ¿Cómo podríamos detenerlos? ¿Y cómo sería capaz de vivir sabiendo que mi investigación, surgida del deseo de entender la naturaleza para mejorar la vida humana, se había utilizado en cambio para dañarla?

También me afectaba el hecho de que la respuesta a las primeras pruebas de CRISPR con embriones humanos estuviera lejos de considerarse unánimemente de un modo negativo. En julio de 2015, escribiendo en la misma revista científica que había publicado el estudio de Huang unos meses antes, Julian Savulescu, un distinguido filósofo y bioético, sostenía que era una necesidad imperiosa continuar trabajando activamente en similares líneas de experimentación ¹⁵⁷ . Además, recalcaba (de modo considerablemente simplista) que la edición génica podría «prácticamente erradicar los defectos genéticos de nacimiento» y disminuir significativamente el daño causado por las enfermedades crónicas. Savulescu y sus coautores argumentaban que «evitar intencionadamente participar en investigaciones que salven vidas es ser moralmente responsable de las probables y evitables muertes de aquellos que se pudieran haber beneficiado. La investigación en edición génica no es una opción, es una obligación moral». Un mes más tarde, Steven Pinker, el famoso erudito de Harvard, aireó en un artículo de opinión en el Boston Globe su frustración por las reacciones excesivamente cautas a avances biotecnológicos como CRISPR. En lugar de generar burocracia o aprobar normativas prohibitivas, argumentó que «la principal meta moral para la bioética de hoy se puede resumir en una sola frase. No la entorpezcan» ¹⁵⁸ .

Otros líderes intelectuales apoyaron con entusiasmo los experimentos de edición génica con embriones, pero haciendo una clara distinción entre investigación y aplicaciones clínicas. Por ejemplo, en su declaración sobre la modificación génica de la línea germinal humana, el Grupo de Hinxton —una red global de expertos en ética, científicos, juristas y politólogos— alabó la gran promesa que representaba la edición génica para la salud humana y recomendó que la investigación básica continuase sin impedimentos, utilizando tanto embriones viables como inviables ¹⁵⁹ . Y aunque reconocían que aún no podían aceptar la edición génica clínica, dejaron claro que «cuando todas las normas de seguridad, eficacia y gobernanza se cumplieran, esta tecnología podría tener usos moralmente aceptables en reproducción humana, aunque aún se requerirá una extensa discusión y debate sobre el tema».

En resumen, el artículo de Huang había abierto las compuertas, desatando una ola de opinión pública que había borrado cualquier esperanza de que pudiéramos alcanzar rápidamente un amplio consenso.

Los científicos, líderes civiles y ciudadanos preocupados por este tema tenían que actuar rápidamente para iniciar la discusión global que mis coautores de Napa Valley y yo habíamos solicitado. Apenas publicado nuestro artículo de opinión, apareció el trabajo de Huang, avivando el debate sobre la edición de la línea germinal. Para echar más leña al fuego, se corrió el rumor de que otros grupos chinos planeaban, o ya estaban realizando, experimentos en embriones humanos ¹⁶⁰ . No eran los únicos; en septiembre de 2015 supimos que científicos del prestigioso Instituto Francis Crick de Londres habían solicitado permiso a los reguladores para hacer lo mismo ¹⁶¹ . Obviamente, el campo no iba a esperar a que los científicos o la ciudadanía alcanzaran un consenso cada vez más difícil.

Afortunadamente, ya se había puesto en marcha la primera cumbre mundial sobre edición génica humana. A finales de primavera y principios de verano mis colegas coorganizadores y yo estábamos aclarando los detalles generales, incluyendo dónde y cuándo se celebraría y bajo los auspicios de qué grupo o grupos. Finalmente, ese mismo diciembre, las Academia Nacional de Ciencias, Ingeniería y Medicina de Estados Unidos aceptaron albergar la cumbre en Washington, DC, lo que me satisfizo inmensamente ya que, sin duda, el respaldo de estas prestigiosas organizaciones daría credibilidad a la conferencia. Aún me alegré más cuando tanto la Academia de Ciencias China como la Royal Society (la principal sociedad científica del Reino Unido) aceptaron adherirse como coanfitrionas. Muchos de los principales líderes en edición génica tenían su base en Estados Unidos, Reino Unido o China, y la participación de las organizaciones de cada uno de estos países enviaría una clara señal al resto del mundo de que la edición de la línea germinal era un tema urgente que requería una discusión internacional, y que también era un tema demasiado importante como para tratarlo separadamente poco a poco por países u organizaciones individuales.

Mientras se ultimaban estos detalles, los otros once miembros del comité organizador y yo elaboramos la agenda de la reunión. Nuestras principales metas eran educar a la audiencia sobre la ciencia de la edición génica, discutir las implicaciones sociales de este nuevo poder tecnológico y tratar temas de igualdad, raza y derechos de los discapacitados. Este amplio espectro de temas podía agruparse en tres categorías principales: consideraciones de seguridad, consideraciones éticas y consideraciones regulatorias.

En el frente de la seguridad, teníamos que discutir si alguna vez se podría llegar a demostrar que la edición génica era lo suficientemente segura como para justificar su uso clínico. En algún momento los beneficios potenciales podrían superar los múltiples riesgos posibles, incluyendo aquellos que el estudio de Huang había revelado tan claramente. Pero tenían que considerarse las consecuencias inesperadas y cómo se podrían controlar. Además, no estaba claro que nuestro conocimiento conjunto de la genética humana llegara alguna vez a estar lo suficientemente avanzado como para permitirnos anticipar y evitar los efectos negativos que resultasen más perniciosos.

También tendríamos que lidiar con temas éticos complicados, muchos de los cuales han causado debates muy polarizados sobre temas controvertidos como el aborto, la clonación reproductiva y la biología de células madre. ¿Era inherentemente malo experimentar con embriones, independientemente de que se persiguiera un embarazo o no? ¿Podría la edición de la línea germinal predeterminar injustamente la condición genética futura de un niño o niña o marginar aún más a individuos con ciertos trastornos genéticos? Si se abusara de esta, ¿podría revivir la desagradable práctica de la eugenesia que había ensuciado repetidas veces la historia de la ciencia a lo largo del siglo pasado?

Por último, necesitábamos discutir acerca de la estructura legal para controlar esta poderosa nueva tecnología. En concreto, tenía que estudiarse el papel que los gobiernos y las comunidades científicas representarían en la edición génica. Algunos usos de la edición génica de la línea germinal (por ejemplo, para evitar que un niño herede una enfermedad) podrían considerarse aceptables, mientras que otros (como la mejora genética) podrían prohibirse. Mucha gente, incluyéndome a mí misma, nos preguntábamos si sería importante obtener un consenso internacional —y qué ocurriría si no lo lográramos—.

Para facilitar nuestro trabajo en estos temas tan complejos, buscamos expertos en distintos campos ¹⁶² . Entre los invitados estaban Maria Jasin y Dana Carroll, pioneros en el uso de enzimas de corte del ADN para la edición génica; Emmanuelle Charpentier, mi colaboradora en CRISPR; Feng Zhang y George Church, dos innovadores de las tecnologías de edición génica; Fiodor Urnov, que desarrolló el primer medicamento de edición génica que alcanzó la fase de ensayo clínico; Daniel Kevles, un experto en la historia de la eugenesia; John Harris, un filósofo defensor de la mejora humana; Marcy Darnovsky, directora ejecutiva del Centro de Genética y Sociedad; Catherine Bliss, una experta en género y sexualidad; y Ruha Benjamin, una erudita en raza-etnicidad, salud y biotecnología. Representando a los gobiernos y los asuntos legales estaban el congresista Bill Foster (distrito de Illinois); el asesor científico de la Casa Blanca John Holdren; los expertos legales Alta Charo, Pilar Ossorio, Barbara Evans y Hank Greely; y representantes de China, Francia, Alemania, India, Israel, Sudáfrica, Corea del Sur y varios países más de todo el mundo.

Como en la conferencia del Napa Valley, la Cumbre Internacional sobre Edición Génica Humana buscaba ampliar la discusión sobre edición de la línea germinal, no concluirla. De hecho, hacia el final del congreso, que se celebró en los primeros días de diciembre de 2015, acabé con tantas preguntas como al comienzo, si no más. Pero también con un conocimiento más profundo de las razones esgrimidas por los representantes de ambas posturas del debate, muchos de los cuales defendían sus puntos de vista apasionadamente y me ayudaron a refinar mis propias ideas sobre la edición de la línea germinal.

Sería imposible incluir todas estas discusiones y puntos de vista en un solo libro, no digamos en un solo capítulo, así que me restringiré a una sola perspectiva: la mía. En las páginas siguientes explicaré cómo mis propias opiniones han cambiado como resultado de estos debates y como consecuencia de la investigación y la reflexión en que me he involucrado desde la cumbre de Washington. Me he esforzado en revisar las distintas opiniones sobre el tema y sopesar las ventajas e inconvenientes de cada una. Aunque no puedo decir que tenga todas las respuestas, reflexionar sobre el tema me ha permitido llegar a algunas conclusiones acerca de cómo algún día se podrá usar CRISPR, éticamente y de modo seguro, para editar los genomas de seres humanos que aún no han nacido, así como identificar dónde se encuentran los mayores peligros de la edición en la línea germinal. También he tenido que enfrentarme con algunos hechos fríos y duros acerca de la política social: tanto sus deficiencias actuales como los esfuerzos que como sociedad civil tenemos que encarar para hacer de CRISPR la herramienta para el progreso en que creo firmemente que puede convertirse. Espero que estas reflexiones ayuden a profundizar en la discusión acerca de la edición de la línea germinal y a decidir si, y cómo, intervendremos en el viaje evolutivo de nuestra especie.

Es prácticamente indudable que la edición de la línea germinal será finalmente lo suficientemente segura como para su uso clínico. La microcirugía en óvulos y en embriones, así como la fertilización por la inyección de esperma y la recogida de muestras por biopsia para el diagnóstico genético preimplantacional (DGP), ya son habituales en las clínicas de fertilidad. La introducción de CRISPR en embriones animales y en muchos tipos de células humanas también se ha optimizado. Tal vez el mayor obstáculo sea asegurar la precisión del mismo CRISPR. Pero, basándome en investigaciones recientes, tengo la impresión de que hasta este reto —cómo hacer que este sistema de edición génica sea lo suficientemente preciso para modificar solo el gen diana y exactamente del modo deseado— se alcanzará pronto.

¿Qué nivel de precisión debe tener CRISPR para que se pueda utilizar de modo seguro en la línea germinal humana? Parece obvio que debemos rechazar cualquier procedimiento que pueda provocar la edición del ADN en sitios imprevistos, como a veces ocurre con CRISPR y otras tecnologías de edición génica. Pero la verdad es que nos pasamos la vida sometidos al riesgo de cambios genéticos aleatorios, y que la amenaza de estos cambios es, probablemente, mayor que la que CRISPR representaría.

Nuestro ADN está cambiando constantemente, enturbiado por mutaciones naturales que ocurren de modo aleatorio. Estas mutaciones naturales son los verdaderos conductores de la evolución, pero representan también el modo en que las enfermedades genéticas hereditarias pueden aparecer. Cada vez que nuestras células duplican su ADN durante la división celular, se introducen entre dos y diez nuevas mutaciones en el genoma ¹⁶³ . Cada persona experimenta cada segundo aproximadamente un millón de mutaciones por todo el cuerpo ¹⁶⁴ , y en un órgano que prolifere rápidamente como el epitelio intestinal, casi cada letra del genoma se habrá mutado al menos una vez en al menos una célula cuando el individuo cumpla sesenta años ¹⁶⁵ . Este proceso mutagénico comienza desde el momento de la fecundación, y cuando el zigoto compuesto de una sola célula pase a dividirse en dos células, luego en cuatro, luego en ocho durante el crecimiento del embrión, las nuevas mutaciones que adquiera se copiarán fielmente en el genoma de cada célula descendiente a medida que el cuerpo de esa persona crezca. Incluso las células sexuales que generan el embrión —los óvulos de la madre y los espermatozoides del padre— incorporan nuevas mutaciones que no existían previamente en la línea germinal de la familia. Como resultado, cada uno de nosotros comenzamos nuestras vidas con entre cincuenta y cien mutaciones aleatorias nuevas que se originaron en las células germinales de nuestros padres.

Cualquier mutación que CRISPR pueda generar —intencionadamente o no— con casi total seguridad palidecerá en comparación con la tormenta genética que se desata dentro de nosotros desde el nacimiento hasta la muerte. Como lo describió un escritor: «La edición génica será una gota en la vorágine que naturalmente agita los genomas» ¹⁶⁶ . Si CRISPR pudiera eliminar del embrión las mutaciones causantes de enfermedad con suficiente precisión y solo conllevase un pequeño riesgo de introducir una segunda mutación en otro lugar distinto a su diana, los beneficios potenciales compensarían con creces sus peligros.

Y lo que es aún más tranquilizador: tenemos herramientas para protegernos contra estos efectos indeseados; al menos, las tenemos en lo que concierne a la línea germinal. Una de esas herramientas es la DGP, que permitiría la detección de cualquier mutación infrecuente no deseada después de que CRISPR editase el genoma pero antes de que el embrión en crecimiento se hubiese implantado en el útero materno. En el futuro, otra posible opción sería evitar completamente las mutaciones indeseadas editando las células que darán lugar al óvulo y a los espermatozoides en lugar de editar los embriones fertilizados. Aunque esta tecnología aún se encuentra en pañales, la investigación en ratones ha demostrado que los óvulos y los espermatozoides se pueden generar en el laboratorio a partir de las células madre y usarlos para inducir el embarazo ¹⁶⁷ . Mediante la eliminación con CRISPR de las mutaciones causantes de la enfermedad y el análisis exhaustivo de las mutaciones indeseadas antes de la fecundación, los científicos se podrán asegurar de que solo las células sexuales con el genoma deseado se utilicen para la reproducción. Aunque aún no tenemos el modo de llevar a cabo este procedimiento en seres humanos, parece probable que los avances en investigación en la próxima década nos lo pondrán al alcance.

Cuando se trata de juzgar la precisión de la edición en línea germinal, hay muchos temas que considerar, pero la ciencia de vanguardia sugiere que pocos de estos temas, tal vez ninguno, van ser factores decisivos. Dada la velocidad a la que los científicos han perfeccionado el procedimiento en ratones y monos, y dado lo cerca que estamos de superar los últimos obstáculos técnicos, parece innegable que la edición de la línea germinal, de un modo u otro, será lo suficientemente fiable para realizarla en seres humanos, o al menos no implicará mayores riesgos de los que tiene la reproducción natural.

Claro que, si vamos a proponer hacer cambios hereditarios en la línea germinal humana, entonces tendremos que considerar no solo si la tecnología funciona con precisión, sino también si los efectos de esa edición precisa serán los que buscamos. Ya sabemos que algunas de las ediciones génicas que están considerando los científicos tienen efectos secundarios. Por ejemplo, la edición del gen CCR5 en el embrión puede que resulte en que el ser humano se haga resistente al VIH, pero también que se vuelva más susceptible al virus del Nilo Occidental ¹⁶⁸ . Corregir las dos copias mutadas del gen de la beta-globina en gente que sufre la anemia falciforme les librará de la enfermedad, pero les privará de la protección contra la malaria que les proporciona la mutación ¹⁶⁹ . Estas están lejos de ser las únicas ediciones génicas que tienen tanto efectos positivos como negativos. Los investigadores sospechan que la gente que tiene una copia del gen mutado que causa la fibrosis quística (enfermedad para la que se requieren dos copias mutadas) tienen incrementadas las defensas contra la tuberculosis, una enfermedad infecciosa que fue responsable del 20 por ciento de todas las muertes en Europa entre 1600 y 1900 ¹⁷⁰ . Incluso es posible que variantes génicas implicadas en enfermedades neurodegenerativas como el alzhéimer pudieran conferir beneficios durante la juventud, como mayores funciones cognitivas y mejor memoria episódica y de trabajo ¹⁷¹ .

El hecho es que editar un gen concreto siempre estará expuesto a efectos imprevisibles. Pero que no sepamos cuáles podrían ser los posibles daños colaterales no quiere decir que debamos renunciar por completo a la edición de la línea germinal. Como George Church, el célebre genetista de Harvard, escribió: «La noción de que necesitamos un conocimiento completo de todo el genoma humano para llevar a cabo ensayos clínicos de edición génica hereditaria choca con la realidad médica» ¹⁷² . Resaltó que durante los aproximadamente cuatro siglos que llevó erradicar la viruela, sabíamos realmente poco acerca del sistema inmune humano. Y lo que es más, en situaciones en las que estamos intentando corregir mutaciones dañinas, «cada edición cambia el ADN de una persona enferma a la versión sana que miles de millones de personas comparten. Esta certeza es mucho mayor de la que tenemos acerca de medicamentos nuevos que no han sido probados con anterioridad en seres humanos».

Estos puntos parecen irrebatibles. Incontables tratamientos médicos que han salvado vidas se desarrollaron antes de que los médicos los entendieran completamente: ¿por qué deberíamos exigir a CRISPR estándares más altos de seguridad? Y dado que estamos corrigiendo mutaciones genéticas mediante la restauración de la versión «normal» del gen —no inventando una mejora nueva completamente desconocida en el genoma humano medio—, es probable que estemos caminando sobre terreno seguro. Si la vida de una persona está pendiente de un hilo, los potenciales beneficios de este tipo de procedimientos limitados pueden compensar sus riesgos.

Si pudiéramos juzgar la edición de la línea germinal tan solo por su seguridad, yo estaría prudentemente a favor; pero no es este el único criterio que hay que contemplar. La posibilidad de editar el ADN de una persona que aún no ha nacido nos fuerza a afrontar todo tipo de problemas éticos, algunos de los cuales, cuando los consideré por primera vez, eran lo suficientemente preocupantes como para solicitar que se detuviera temporalmente la edición en línea germinal hasta que tuviéramos la oportunidad de examinarlos en detalle.

¿El simple hecho de que podamos editar la línea germinal significa que debamos hacerlo? Es una pregunta que me he formulado mil veces. Si CRISPR pudiera ayudar a algunos padres a concebir hijos sanos cuando no existen otras alternativas, y si pudiera hacerse de modo seguro, ¿deberíamos usarlo?

Hay algunas situaciones infrecuentes en las cuales la edición de la línea germinal sería la única manera de garantizar que los hijos nacieran sin una enfermedad genética. Por ejemplo, en casos en que ambos progenitores sufren la misma enfermedad recesiva —problemas como la fibrosis quística, la anemia falciforme, el albinismo o la anemia de Fanconi—, todos los bebés que conciban por reproducción natural también estarán destinados a tener la enfermedad. Debido a que la mutación génica responsable está presente en las dos copias de los cromosomas de ambos padres, el hijo no podrá evitar heredar dos copias mutadas. Un escenario similar lo plantean los problemas genéticos dominantes —afecciones como la enfermedad de Huntington, la forma hereditaria de la enfermedad de Alzheimer de inicio precoz y el síndrome de Marfan— en los que una sola copia del gen mutado es suficiente para causar la enfermedad, independientemente de que provenga del padre o de la madre.

Aunque estas enfermedades podrían tratarse con edición génica terapéutica en células somáticas, la edición en la línea germinal evitaría desde el primer momento que los hijos desarrollaran estas enfermedades, evitando así mucho sufrimiento. En estos escenarios, la edición de la línea germinal sí que parecería justificada desde la perspectiva de una necesidad médica; pero, como he dicho, son infrecuentes. Mucho más comunes son aquellos casos en los que la enfermedad es un riesgo, pero no una certeza. ¿También estaría justificada la edición de la línea germinal en estos casos? Y si consideramos simultáneamente ambos escenarios, en conjunto ¿la edición en línea germinal sería adecuada o perjudicial? ¿Aliviaría más sufrimiento del que causaría?

Esta pregunta —«¿deberíamos o no deberíamos?»— ha fascinado por igual a científicos y a legos en la materia. Tal vez no sea sorprendente que en América esté costando alcanzar un acuerdo para darle una respuesta; una encuesta realizada en 2016 por Pew Research constató que en Estados Unidos el 50 por ciento de los adultos se oponen a la idea de reducir el riesgo de una enfermedad usando edición en la línea germinal, mientras que el 48 por ciento está a favor ¹⁷³ . (Cuando se trata de hacer mejoras no esenciales en el genoma de un bebé, parece que estamos considerablemente más de acuerdo; solo el 15 por ciento de los que respondieron la encuesta estaban a favor.) Diversas consideraciones guían estas respuestas.

La religión es la guía moral que la gente utiliza más frecuentemente cuando se enfrenta a preguntas difíciles de este tipo, aunque los puntos de vista varían mucho. Cuando se trata de experimentación con embriones humanos, muchas comunidades cristianas se oponen, ya que consideran que el embrión es una persona desde la concepción, mientras que las tradiciones judía y musulmana son más comprensivas porque no consideran que los embriones generados in vitro sean personas. Y mientras que algunas religiones consideran cualquier intervención en la línea germinal una usurpación del papel que interpreta Dios en la existencia humana, otros celebran la intervención humana en las obras de la naturaleza siempre y cuando las metas perseguidas sean inherentemente buenas, como la mejora de la salud y la fertilidad ¹⁷⁴ .

Otras guías morales son puramente internas: la reacción visceral, instintiva, ante la idea de utilizar CRISPR para editar permanentemente los genes de una futura niña o niño. Mucha gente percibe la idea misma como algo contranatural y de algún modo incorrecto, y yo era una de ellas cuando empecé a pensar por primera vez sobre la edición de la línea germinal humana. Los seres humanos se han estado reproduciendo durante milenios asistidos solo por las mutaciones de ADN que aparecen de modo natural, y que nosotros comenzáramos a dirigir ese proceso de modo racional —de modo similar a la manera en que los biólogos de plantas pueden modificar genéticamente el maíz— a primera vista parecía una perversión. Como expresó el director del NIH Francis Collins, «la evolución ha estado actuando para optimizar el genoma humano durante 3.800 millones de años. ¿De verdad creemos que un pequeño grupo de aficionados artesanos del genoma humano va a poder hacerlo mejor sin ocasionar todo tipo de consecuencias inesperadas?» ¹⁷⁵ .

Aunque comparto ese sentimiento general de incomodidad frente a la idea de que los seres humanos asuman el control de su propia evolución, yo no iría tan lejos como para decir que la naturaleza, de algún modo, ha sintonizado con una enorme precisión nuestra composición genética. Obviamente, la evolución no optimizó el genoma humano para esta era, en que la nueva alimentación, los ordenadores y el transporte de alta velocidad han transformado completamente el modo en que vivimos. Y si miramos hacia el pasado, al curso evolutivo que nos ha traído hasta este punto, veremos que está plagado de organismos que desde luego no se beneficiaron del caos de mutaciones en el que se basa la evolución. Lo que ocurre es que la naturaleza, más que ingeniera, es chapucera, y además bastante descuidada. Esa negligencia puede llegar a parecer crueldad absoluta con aquellas personas que tienen la desgracia de heredar mutaciones que terminan por ser subóptimas.

Del mismo modo, el argumento de que la edición génica es de alguna forma antinatural ya no me parece válido. Cuando se trata de asuntos humanos, y especialmente del mundo de la medicina, la línea entre lo natural y lo artificial se difumina hasta el punto de desaparecer. No consideraríamos artificial un arrecife de coral, pero sí una megalópolis como Tokio. ¿Eso se debe a que una está creada por el hombre y el otro no? Tal y como yo lo veo, la distinción entre lo natural y lo artificial es una dicotomía falsa que resulta además peligrosa si nos impide aliviar el sufrimiento humano.

He tenido numerosas oportunidades de encontrarme con gente que ha padecido enfermedades genéticas personalmente o en sus propias familias y sus historias son absolutamente conmovedoras. Tras una sesión en una conferencia en la que había estado discutiendo sobre la tecnología CRISPR, una mujer me llevó aparte para contarme su propia experiencia. Su hermana había sufrido una infrecuente pero devastadora enfermedad genética que le afectó a la salud física y mental y además causó enormes sufrimientos a toda la familia. Con lágrimas en los ojos, me dijo: «Si yo pudiera usar la edición de la línea germinal para eliminar esta mutación de la población mundial y que nadie más tuviera que sufrir lo que mi hermana sufrió, lo haría sin dudar un instante». En otra ocasión, un hombre vino a visitarme a Berkeley y me explicó que su padre y su abuelo habían muerto de la enfermedad de Huntington y que tres de sus hermanas habían dado positivo en un test para este carácter. Quería hacer todo lo posible para acelerar la investigación hacia la cura o, mejor aún, la prevención de esta terrible enfermedad. No tuve la valentía de preguntarle si él también era portador del gen mutante. Si lo fuera, su capacidad de movimiento y de habla quedaría mermada en poco tiempo y le esperaría una muerte prematura: una sentencia terrible para cualquiera que la vea impuesta a sus seres queridos, y no digamos para quien esté condenado a ella.

Historias como estas resaltan el terrible coste humano que causan las enfermedades genéticas —y la indecisión a la hora de enfrentarse a ellas—. Si disponemos de herramientas que algún día ayuden a los médicos a corregir mutaciones de un modo seguro y eficiente, ya sea antes o justo después de la concepción, creo que estaría justificado que las utilizáramos.

No todo el mundo comparte este punto de vista. No es infrecuente oír a la gente hablar sobre nuestros genomas como si formaran parte de una preciosa herencia evolutiva, algo que debiera apreciarse y conservarse. Por ejemplo, en la Declaración Universal sobre el Genoma Humano y los Derechos Humanos adoptada en 1997, la UNESCO (Organización de las Naciones Unidas para la Educación, la Ciencia y la Cultura) escribía que «en el genoma humano subyace la unidad fundamental de todos los miembros de la familia humana, al igual que el reconocimiento de su inherente dignidad y diversidad. De modo simbólico, representa la herencia de la humanidad» ¹⁷⁶ . A la vista de los avances recientes en edición génica, la UNESCO ha argumentado que, aunque tecnologías como CRISPR deberían ser utilizadas para prevenir o tratar las enfermedades que supongan una amenaza para nuestras vidas, implementarlas de modo que afecten a nuestros futuros descendientes «haría peligrar la inherente, y por tanto equivalente, dignidad de todos los seres humanos y renovaría la eugenesia, revestida como la consecución del deseo de una vida mejorada» ¹⁷⁷ . Algunos especialistas en bioética han expresado preocupaciones parecidas, sugiriendo que la edición de la línea germinal cambia la misma naturaleza de lo que significa ser humano y que modificar el acervo genético alteraría perniciosamente a la humanidad misma ¹⁷⁸ .

Objeciones filosóficas como esta son dignas de tener en cuenta. Pero cuando pienso en el dolor que las enfermedades genéticas causan a las familias, lo que está en juego es demasiado importante como para excluir definitivamente la posibilidad de usar la edición de la línea germinal.

Dejando a un lado la inherente justicia o injusticia de editar la línea germinal, otros dos temas éticos continúan incomodándome. Ambos se discutieron en la Cumbre Internacional sobre Edición Génica; ninguno se ha resuelto. El primero plantea si alguien será capaz de controlar cómo se emplea la edición de la línea germinal una vez que los médicos comiencen a usarla para salvar la vida a la gente. El segundo tiene que ver con temas de justicia social, con la forma en que CRISPR afectará a la sociedad.

Primero, si aceptamos usar CRISPR en la línea germinal para eliminar enfermedades genéticas, tendremos que reconocer que también podría ser usado para hacer mejoras genéticas, cambios en los que el ADN se altere no para corregir una variante génica dañina sino para proveer algún tipo de ventaja genética.

Desde luego, hay un límite a qué mejoras serán posibles o seguras de hacer. Se me ocurren muchos tipos de mejoras —atributos como una mayor inteligencia, una prodigiosa aptitud musical, habilidades matemáticas, gran estatura, capacidades atléticas o belleza abrumadora— que no tienen unas causas genéticas claramente definidas. Eso no quiere decir que no sean heredables, sino que la complejidad de esos caracteres los puede dejar fuera del alcance de una herramienta como CRISPR.

Pero hay cantidad de mejoras genéticas que son el resultado de simples mutaciones y que podrían recrearse con CRISPR. Por ejemplo, las mutaciones en el gen EPOR, que responde a la hormona eritropoyetina (la famosa droga de dopaje usada por Lance Armstrong e incontables atletas más), confieren niveles de resistencia excepcionales; las mutaciones en un gen llamado LRP5 dotan a los individuos de huesos de gran fortaleza; las mutaciones en el gen MSTN (el mismo gen de la miostatina que se ha editado para crear cerdos y perros supermusculados) se sabe que derivan en músculos menos grasos y mayor masa muscular; las mutaciones en un gen llamado ABCC11 están asociadas a menores niveles de producción de olor en las axilas (y sorprendentemente al tipo de cerumen que produce un individuo); y las mutaciones en un gen llamado DEC2 están asociadas a un menor requerimiento de sueño.

Irónicamente, permitir la edición de la línea germinal en casos en los que se previene una enfermedad podría representar el primer paso en un peligroso camino hacia la aplicación de mejoras sin un propósito manifiestamente médico. Eso se debe a que por cada ejemplo claro de una mejora genética sin un requerimiento médico, hay otro que es más ambiguo.

Uno de estos estados intermedios de edición de la línea germinal involucra al gen PCSK9, que produce una proteína que regula el nivel de colesterol en lipoproteínas de baja densidad (el colesterol «malo»), lo que ha hecho de este gen una de las dianas farmacéuticas más prometedoras para la prevención de las enfermedades de corazón —la mayor causa de muerte en todo el mundo—. Se podría programar CRISPR para modular este gen y evitar que los futuros seres humanos tengan el colesterol alto. ¿Esto debería considerarse edición terapéutica de línea germinal o mejora mediante edición génica? La meta final es prevenir una enfermedad, pero también conferirá al bebé un carácter ventajoso que la mayoría no tendrá.

Numerosas aplicaciones potenciales de edición en línea germinal difuminan la línea entre terapia y mejora. La edición de CCR5 con CRISPR podría conferir resistencia por vida al VIH, la edición del gen APOE podría disminuir el riesgo de que un individuo desarrollase la enfermedad de Alzheimer; la alteración de secuencias génicas de ADN en IFIH1 y SLC30A8 podría disminuir el riesgo de que una persona contrajera diabetes tipo 1 y tipo 2, y cambios en el gen GHR podrían reducir el riesgo de cáncer en una persona. En todos estos casos, el objetivo primario sería salvar a un individuo de la enfermedad, pero los científicos conseguirían esto proveyendo protección intrínseca por encima, y más allá, del legado genético de una persona media.

Esto me lleva a mi otra preocupación: al igual que es muy difícil trazar una línea cuando se trata de la edición de embriones, también es difícil determinar cómo hacerlo de un modo justo; es decir, de modo que mejore la salud humana por igual, no solo la de ciertos grupos.

No hay que esforzarse mucho para pensar que las familias adineradas se beneficiarán más de la edición de la línea germinal que otras, al menos al principio. Las últimas terapias génicas que han aparecido en el mercado tienen un precio cercano al millón de dólares, y es probable que las primeras terapias de edición génica también ronden esas cifras ¹⁷⁹ .

Por supuesto, las nuevas tecnologías no se deben rechazar solo porque sean caras. Solo hay que fijarse en los ordenadores personales, los teléfonos móviles y la secuenciación de ADN privada para comprobar que, en general, los costes de las nuevas tecnologías disminuyen con el tiempo, y las hacen más accesibles a medida que se mejoran. Además, también cabe la posibilidad de que la edición de la línea germinal, como otros tratamientos médicos, pueda estar algún día subvencionada por los seguros médicos. Esto parece una posibilidad muy remota en Estados Unidos, donde los tratamientos reproductivos existentes, como FIV y DGP, que cuestan habitualmente decenas de miles de dólares, casi nunca están cubiertos por los seguros médicos. No obstante, es posible que en lugares como Francia, Israel o Suecia, países cuyos planes nacionales de salud cubren la reproducción asistida, las mismas consideraciones económicas incentiven a los gobiernos a hacer accesible la edición génica a los pacientes que la requieran. Al fin y al cabo, es posible que proveer de tratamiento durante toda su vida a una persona con una enfermedad genética sea mucho más caro que la intervención profiláctica mediante edición génica del embrión.

Pero incluso en países con sistemas integrales de salud, donde gente de todos los niveles sociales se beneficiaría de la edición en línea germinal, queda el peligro de que esto dé lugar a divergencias genéticas que hasta ahora no se habían planteado, creando una nueva «desigualdad génica» que solo aumentaría con el tiempo. Ya que las personas pudientes podrán permitirse el tratamiento más frecuentemente, y dado que cualquier modificación genética beneficiosa en un embrión se transmitirá a toda la descendencia de esa persona, las relaciones entre la clase social y la genética se reforzarán de una generación a la siguiente, independientemente de lo pequeña que sea la disparidad a su acceso. Consideren el efecto que esto podría tener sobre el tejido socioeconómico de la sociedad. Si piensan que nuestro mundo hoy es desigual, imagínenselo estratificado a nivel socioeconómico y genético. Visualicen un futuro donde la gente con más dinero vive más sana y durante más tiempo gracias al conjunto de sus genes privilegiados. Parece una historia de ciencia ficción, pero si la edición de la línea germinal se generalizara, esta ficción se podría convertir en realidad.

La edición de la línea germinal podría inintencionadamente transcribir la desigualdad financiera de nuestras sociedades a nuestro código genético, pero también podría crear otro tipo de injusticia. Como han señalado los defensores de los derechos de las personas con discapacidad, el uso de la edición génica para «arreglar» problemas como la sordera o la obesidad podría crear una sociedad menos inclusiva que presionase a todo el mundo para ser igual —y tal vez hasta fomentase más la discriminación contra personas con diversidad funcional— en lugar de celebrar nuestras diferencias naturales ¹⁸⁰ . Después de todo, el genoma humano no es simplemente un software con errores que debamos eliminar sin remedio. Parte de lo que hace única a nuestra especie, y tan sólida a nuestra sociedad, es su diversidad. Mientras que algunas mutaciones génicas producen proteínas defectuosas o anormales a nivel bioquímico, los individuos que viven con la enfermedad no son defectuosos ni anormales, y pueden vivir unas vidas absolutamente felices y no sentir la necesidad de una reparación génica.

Este miedo —que la edición génica vaya a exacerbar los prejuicios existentes contra la gente que no encaja en un estrecho rango de normas genéticas— subraya la asociación que muchos han establecido entre la edición de la línea germinal y la eugenesia. Ese concepto hoy día es bien conocido por su popularidad en la Alemania nazi, donde los intentos por perfeccionar la raza humana alcanzaron su cenit más terrible con la esterilización forzosa de cientos de miles de personas y el exterminio generalizado de millones de judíos, homosexuales, enfermos mentales y otras personas consideradas indignas de vivir. Tristemente, prácticas similares de eugenesia ya eran corrientes en Estados Unidos bastante antes de que Hitler llegara al poder, y la esterilización obligatoria continuó practicándose en muchos estados hasta la década de los setenta. Dada la deplorable trayectoria que tienen los seres humanos cuando se trata de programas cuyo objetivo es la mejora del acervo genético de nuestra especie, tal vez no sea sorprendente que el potencial de CRISPR para proporcionar genes más sanos a los individuos se haya ganado que lo comparen con estos sombríos capítulos de nuestro pasado.

Pero aunque ciertamente es muy llamativo comparar la edición génica con estos oscuros precedentes, la analogía no se sostiene. Técnicamente, el uso de CRISPR en embriones para combatir las enfermedades humanas sería una práctica eugenésica, pero también lo serían el diagnóstico genético preimplantacional, las vitaminas prenatales e incluso la abstinencia de alcohol en la madre durante el embarazo. Eso se debe a que la eugenesia, como se la definió originalmente, significa «buen origen», y por tanto podría aplicarse a cualquier acción encaminada a conseguir el nacimiento de un bebé sano ¹⁸¹ . Nuestra actual interpretación libre del término refleja creencias y prácticas que surgieron al final del siglo XIX y la primera mitad del XX y que estaban dirigidas a mejorar las cualidades de toda la población fomentando la procreación entre gente con características deseables y disuadir o evitar la reproducción de gente que se consideraba indeseable.

La eugenesia, tal y como la mayoría de la gente la recuerda hoy día, era realmente censurable, pero la probabilidad de que veamos ocurrir algo similar con la edición génica es minúscula. Los gobiernos no van a comenzar a forzar a los padres a editar los genes de sus hijos. (De hecho, como veremos en la próxima sección, el procedimiento aún es ilegal en muchos lugares.) A no ser que estemos hablando de gobiernos coercitivos que controlen la libertad de procreación de sus ciudadanos, la edición de la línea germinal seguirá siendo una decisión privada que tomará cada pareja concreta en nombre de sus propios hijos, no una decisión que tomen los burócratas para la población en general.

Mis puntos de vista acerca de la ética de la edición de la línea germinal siguen evolucionando; pero, según lo hacen, me veo regresando una vez tras otra al tema de la elección. Ante todo, debemos respetar la libertad de la gente para elegir su propio destino genético aspirando a unas vidas más sanas y felices. Si a la gente se le concede esta libertad de elección, harán con ella lo que opinen personalmente que es correcto, sea lo que sea. Como Charles Sabine, una víctima de la enfermedad de Huntington, expresó: «Cualquiera que tenga que enfrentarse a la realidad de una de estas enfermedades no va a tener ningún escrúpulo pensando que haya el más mínimo problema moral» ¹⁸² . ¿Quiénes somos nosotros para decir otra cosa?

No creo que se pueda defender éticamente una completa prohibición de la modificación de la línea germinal, ni creo que tengamos justificación para evitar que los padres usen CRISPR para incrementar las posibilidades de tener hijos sanos relacionados genéticamente con ellos, siempre que los métodos sean seguros y sean ofrecidos de forma igualitaria. Tampoco veo cómo podemos permitir la edición de línea germinal si no hacemos un esfuerzo consciente para apoyar la elección de los padres de procrear de la manera clásica y no redoblamos nuestro compromiso de construir una sociedad en la que todos los seres humanos sean respetados y tratados por igual, independientemente de su constitución genética. Si podemos cumplir estos criterios —si podemos superar la estrecha línea entre la prohibición de CRISPR en detrimento de la salud de ciertos individuos y su uso excesivo subvirtiendo los valores de nuestra sociedad—, seremos capaces de usar esta nueva tecnología de un modo que es inequívocamente bueno.

¿Cómo podemos asegurarnos de que sea así? Comenzar a discutir sobre ética y seguridad es una cosa; llegar a un acuerdo es otra completamente distinta. Ir un paso más allá y poner en marcha una resolución, si alguna vez podemos siquiera ponernos de acuerdo en una, puede parecer una posibilidad tan remota que ni siquiera valga la pena hablar de ella. Pero si no empezamos a planear ahora unas normas internacionales consistentes, puede que no tengamos una segunda oportunidad.

No cabe duda de que los gobiernos tienen que asumir un papel en la supervisión y regulación de los métodos que alteran la línea germinal humana. Pero ahí queda mucho trabajo por hacer, ya que las actuales regulaciones gubernamentales sobre este tema son variables y en general les falta garra ¹⁸³ . Por ejemplo, en una larga lista de países que incluye a Canadá, Francia, Alemania, Brasil y Australia, las intervenciones clínicas sobre la línea germinal humana están expresamente prohibidas, con sanciones penales que abarcan desde multas hasta largos periodos de prisión. En otros países como China, India y Japón estas intervenciones están prohibidas, pero por normas que no están respaldadas por leyes y son por tanto difíciles de hacer cumplir. En Estados Unidos, la política actual puede considerarse restrictiva: no hay prohibiciones estrictas, pero las agencias gubernamentales se han declarado en contra del uso clínico de la edición génica en la línea germinal, y cualquier ensayo clínico necesita la aprobación de los comités reguladores de la FDA. (Sin embargo, es interesante resaltar que muchas otras tecnologías de reproducción asistida —diagnóstico genético preimplantacional, inyección intracitoplásmica de esperma e incluso la misma práctica de fecundación in vitro — nunca tuvieron que superar ensayos clínicos formales o revisión de la FDA.)

Incluso las normas de la investigación sobre edición de la línea germinal son inconsistentes; y aún más las reglas que gobiernan la creación de nuevos seres humanos a partir de embriones editados. En China, donde tuvieron lugar los primeros experimentos usando CRISPR en embriones, este tipo de investigación se puede realizar bajo la supervisión de los comités institucionales de revisión apropiados. El gobierno federal de Estados Unidos técnicamente no restringe este tipo de investigación (aunque algunos estados la prohíben), pero una ley aprobada en 1996, la enmienda Dickey-Wicker, impide al gobierno financiar cualquier investigación que cree o destruya embriones humanos, una exclusión que claramente se aplica a los experimentos con CRISPR. Ninguna ley en Estados Unidos prohíbe la financiación privada de este campo. La investigación de la edición en línea germinal se permite (y se está llevando a cabo en estos momentos) en Reino Unido, pero requiere la aprobación de una organización llamada Autoridad en Fertilización Humana y Embriología. Finalmente, algunos gobiernos restringen cualquier tipo de investigación que implique el uso de embriones humanos o tienen leyes vagas que dejan bastante incertidumbre sobre la distinción entre aplicaciones clínicas y de investigación.

El confuso lenguaje con el que frecuentemente están redactadas las políticas gubernamentales sobre edición de línea germinal hace especialmente complicado el tema de la regulación. Por ejemplo, un documento recientemente adoptado que regula ensayos clínicos en la Unión Europea prohíbe «los ensayos clínicos en terapia génica […] que resulten en modificaciones de la identidad genética de la línea germinal» ¹⁸⁴ . Sin embargo, no está claro cómo se define la «identidad genética», como tampoco lo está si la «terapia génica» incluye edición génica con CRISPR. En Francia están prohibidas las actuaciones que «pongan en riesgo la integridad de la especie humana», así como cualquier «práctica eugenésica destinada a la selección de personas». Aun así, el diagnóstico genético preimplantacional —un procedimiento que encaja en la definición literal de eugenesia— se ofrece en clínicas francesas, por lo que es demasiado vago para ser útil. En México, por el contrario, las regulaciones existentes acerca de manipulación genética humana se juzgan por el propósito que se persiga; cualquier otro objetivo que no sea «la eliminación o reducción de enfermedades o defectos serios» está prohibido. ¿Pero quién decide qué constituye una enfermedad seria o un defecto? ¿El gobierno? ¿Los progenitores?

Por ahora, el Congreso de Estados Unidos no ha querido o no ha podido siquiera considerar las peticiones para el uso clínico de CRISPR en embriones humanos, una estrategia legislativa que es equiparable a que nuestros líderes electos escondan la cabeza bajo el ala. En 2015, el proyecto de ley de los presupuestos generales de la Cámara de Representantes y del Senado de Estados Unidos incluía una enmienda que impedía a la FDA usar fondos del Congreso para evaluar cualquier solicitud de medicamentos o productos biológicos «en los que un embrión humano se hubiera generado o modificado intencionadamente para incluir una modificación genética heredable» ¹⁸⁵ . Lo que significa en la práctica que los miembros del Congreso prohibieron el uso de CRISPR en embriones, pero lo hicieron atando las manos a la FDA en lugar de legislando. (Lo más irónico de esta estrategia indirecta es que casi les sale el tiro por la culata, ya que, en el sistema actual de regulación, las solicitudes para investigar nuevos medicamentos se aprueban automáticamente a los treinta días a no ser que la FDA los rechace explícitamente. Para salir de este embrollo se hizo una modificación de última hora en 2016 que obligaba a la agencia a tratar esas solicitudes como si nunca se hubieran recibido.)

Negarse a tan siquiera revisar la investigación sobre edición de la línea germinal no parece el mejor modo de regular una práctica. Prohibir directamente la investigación o los usos clínicos de la edición de la línea germinal tampoco es la manera de proceder. Como otros autores han expresado, cualquier prohibición a la edición de la línea germinal en Estados Unidos cederá a otros países el liderazgo en esta área; algo que podría argumentarse que ya estamos haciendo con las prohibiciones existentes a la financiación federal para la edición de la línea germinal.

También existe el riesgo de que unas políticas manifiestamente restrictivas en unos países fomenten en otros lo que se podría llamar «turismo CRISPR». Los pacientes con recursos podrían viajar al extranjero en busca de jurisdicciones donde las normas sean más permisivas o simplemente no existan. Los turistas de la salud ya han gastado millones de dólares para recibir, sin ninguna regulación, tratamientos internacionales con células madre ¹⁸⁶ , y también se han buscado en el extranjero tratamientos de terapia génica para incrementar la masa muscular y la longevidad ¹⁸⁷ . La solución a estas prácticas peligrosas, e incluso poco éticas, no es simplemente que los estados permitan en su suelo métodos arriesgados y a veces no probados. Ni tampoco que impongan restricciones excesivas a la investigación, ya que eso puede inducir a los científicos a realizar sus experimentos a escondidas —probablemente una de las peores consecuencias posibles—. Más bien, las naciones deben mantener entornos normativos lo suficientemente hospitalarios para permitir la investigación y las aplicaciones clínicas, pero lo suficientemente estrictos como para evitar sus peores excesos.

Es responsabilidad tanto de investigadores como de legisladores encontrar el equilibro adeuado entre normativa y libertad. Los expertos científicos deben trabajar para establecer una serie de directrices que especifiquen los métodos más seguros para administrar CRISPR, priorizar la investigación de los genes causantes de enfermedad y fijar estándares de control de calidad para evaluar las intervenciones de edición génica. Y las autoridades del gobierno —especialmente en Estados Unidos— tienen que asumir un rol más activo del que han desempeñado hasta ahora, impulsando una legislación sólida a la vez que solicitan la opinión de sus electores y animan a la participación pública, como yo y mis colegas intentamos hacer en la cumbre de 2015 en Washington, DC. Obviamente, es poco realista pensar que alguna vez se llegará a un acuerdo unánime sobre si se debería usar, y de qué manera, la edición de la línea germinal, pero en cualquier caso los gobiernos deberían hacer todo lo posible para crear leyes que aprovechen su potencial y reflejen la voluntad de la gente.

Aunque nos esforzáramos, sería poco probable que llegásemos a alcanzar algo parecido a una respuesta internacional coherente a los retos planteados por CRISPR. Distintas sociedades abordarán el tema de la edición de la línea germinal desde sus perspectivas, historias y valores culturales únicos. Algunos autores han predicho que la edición de la línea germinal humana, especialmente la mejora genética, se adoptará primero en países asiáticos como China, Japón e India ¹⁸⁸ . China es un territorio especialmente fértil para la investigación y el desarrollo en la edición de la línea germinal, ya que sus investigadores han estado empleando la tecnología CRISPR en varias áreas, incluyendo los primeros usos en primates no humanos, embriones humanos inviables y pacientes humanos.

Pero por muy difícil que resulte alcanzar un acuerdo internacional sobre edición de la línea germinal, tenemos que intentarlo. Porque, aunque el riesgo de que la edición génica fragmente a la sociedad parezca un problema para generaciones futuras, no es tan remoto a la vista de los acontecimientos.

Desde el momento en que una tecnología innovadora se libera al mundo, es imposible contenerla. Precipitarse ciegamente con nuevas tecnologías desemboca en nuevos problemas. Por ejemplo, la carrera por la supremacía en tecnología nuclear supuso un esfuerzo titánico que rediseñó tanto el sistema político global como muchos aspectos de la vida de la gente de un modo que a veces nos ha hecho más vulnerables. A diferencia de la tecnología nuclear, la tecnología de edición génica nos ofrece la posibilidad de mantener un debate público bien informado sobre cómo queremos usar la capacidad de CRISPR con mayor repercusión: la posibilidad de controlar el futuro de la vida. Pero si tardamos demasiado, nos podremos encontrar con que ya no llevamos las riendas.

Una de las características que nos definen como especie es la necesidad de descubrir, de franquear constantemente las fronteras de lo que se conoce y lo que es posible. Avances en la ingeniería aeroespacial y en los viajes espaciales nos están permitiendo explorar otros planetas, y el progreso en la física de partículas está revelando los fundamentos de la materia; igualmente, los avances en la edición génica nos están permitiendo reescribir el mismísimo lenguaje de la vida, y nos ponen más cerca de conseguir el control casi completo de nuestro destino genético. Juntos, podremos decidir cómo aprovechar esta tecnología. No hay manera de desaprender esta nueva sabiduría, así que tenemos que aceptarla. Pero debemos hacerlo cuidadosamente y con el mayor respeto al inimaginable poder que nos confiere.

Durante la mayor parte de la historia de nuestra especie, los seres humanos hemos estado sujetos a una lenta y, con frecuencia, imperceptible presión evolutiva ejercida por el mundo natural. Ahora estamos en situación de controlar el foco y la intensidad de estas presiones. A partir de aquí, las cosas avanzarán mucho más rápidamente de lo que nuestra especie o nuestro planeta están acostumbrados a expermientar. Es difícil predecir el aspecto que el genoma humano medio tendrá en unas pocas décadas. ¿Quién puede decir la apariencia que nuestra especie o nuestro mundo tendrá en unos pocos cientos —o pocos miles— de años?

Cuando hoy en día aparece el tema de la edición de la línea germinal en los medios de comunicación, rara vez deja de mencionarse directa o indirectamente el futuro con castas genéticas que Aldous Huxley imaginó en su célebre y escalofriante novela Un mundo feliz . Pero la distopía de Huxley está ambientada en el año 2540. Parece poco probable que tarde tanto en establecerse la desigualdad genética —si es que resulta de la edición de la línea germinal—. Y simplemente consideren todas las posibles maneras en las que una tecnología como CRISPR puede redefinir nuestra sociedad y nuestra especie en el transcurso de medio milenio. Como poco, es un ejercicio aleccionador.

CRISPR tiene un potencial tan increíble para mejorar el mundo que muchos de estos cambios serán claramente positivos. Imaginen utilizar la edición génica para erradicar las enfermedades genéticas más graves, de modo parecido a como la vacunación erradicó la viruela y muy pronto acabará con la poliomielitis. Imaginen a miles de científicos usando CRISPR para investigar lacras como el cáncer y desarrollando nuevos tratamientos o incluso curas. E imaginen a los granjeros, criadores y líderes mundiales resolviendo las grandes hambrunas gracias a cosechas generadas mediante CRISPR que pueden soportar mejor el cambio climático. Estos escenarios pueden estar a nuestro alcance, o no, dependiendo de las decisiones que tomemos en los próximos años.

Pocas tecnologías son inherentemente buenas o malas; lo que importa es cómo las usamos. Y cuando se trata de CRISPR, las posibilidades de esta nueva tecnología, buenas y malas, solo están limitadas por nuestra imaginación. Creo firmemente que podemos usarla para lo primero y no para lo segundo, pero también soy consciente de que esto necesitará determinación por nuestra parte, tanto individual como colectivamente. Como especie, no hemos hecho nada parecido hasta ahora; pero eso se debe a que no disponíamos de las herramientas necesarias.

El poder de controlar el futuro genético de nuestra especie es impresionante y aterrador. Decidir cómo manejarlo puede representar el mayor reto al que jamás nos hayamos enfrentado. Tengo la esperanza —estoy convencida— de que estaremos a la altura.

147 . P. Liang et al., «CRISPR/Cas9-Mediated Gene Editing in Human Tripronuclear Zygotes», Protein and Cell 6 (2015): 363-372. 148 . Ibidem. 149 . X. Zhai, V. Ng y R. Lie, «No Ethical Divide Between China and the West in Human Embryo Research», Developing World Bioethics 16 (2016): 116-120. 150 . D. Cyranoski y S. Reardon, «Chinese Scientists Genetically Modify Human Embryos», Nature News, 22 de abril de 2015. 151 . G. Kolata, «Chinese Scientists Edit Genes of Human Embryos, Raising Concerns», New York Times, 23 de abril de 2015. 152 . T. Friedmann et al., «ASGCT and JSGT Joint Position Statement on Human Genomic Editing», Molecular Therapy 23 (2015): 1282. 153 . R. Jaenisch, «A Moratorium on Human Gene Editing to Treat Disease Is Critical», Time, 23 de abril de 2015. 154 . J. Holdren, «A Note on Genome Editing», 26 de mayo de 2015, www.whitehouse.gov/blog/2015/05/26/note-genome-editing . 155 . Francis S. Collins, «Statement on NIH Funding of Research Using Gene-Editing Technologies in Human Embryos», 29 de abril de 2015, www.nih.gov/about-nih/who-we-are/nih-director/statements/statement-nih-funding-research-using-gene-editing-technologies-human-embryos . 156 . J. R. Clapper, «Worldwide Threat Assessment of the US Intelligence Community», 9 de febrero de 2016, www.dni.gov/files/documents/SASC_Unclassified_2016_ATA_SFR_FINAL.pdf . 157 . J. Savulescu et al., «The Moral Imperative to Continue Gene Editing Research on Human Embryos», Protein and Cell 6 (2015): 476-479. 158 . S. Pinker, «The Moral Imperative for Bioethics», Boston Globe, 1 de agosto de 2015. 159 . Hinxton Group, «Statement on Genome Editing Technologies and Human Germline Genetic Modification», 3 de septiembre de 2015, www.hinxtongroup.org/Hinxton2015_Statement.pdf . 160 . Cyranoski y Reardon, «Chinese Scientists». 161 . D. Cressey, A. Abbott y H. Ledford, «UK Scientists Apply for License to Edit Genes in Human Embryos», Nature News, 18 de septiembre de 2015. 162 . Puede encontrar la lista complete en The National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine, «International Summit on Human Gene Editing», 1-3 de diciembre de 2015, www.nationalacademies.org/gene-editing/Gene-Edit-Summit/index.htm . 163 . I. Martincorena y P. J. Campbell, «Somatic Mutation in Cancer and Normal Cells», Science 34 (2015): 1483-1489. 164 . M. Porteus, «Therapeutic Genome Editing of Hematopoietic Cells», presentación en el Taller del Inserm 239, CRISPR-Cas9: Breakthroughs and Challenges, Burdeos, Francia, 6-8 de abril de 2016. 165 . M. Lynch, «Rate, Molecular Spectrum, and Consequences of Human Mutation», Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 107 (2010): 961-968. 166 . S. Pinker en P. Skerrett, «Experts Debate: Are We Playing with Fire When We Edit Human Genes?», STAT News, 17 de noviembre de 2015. 167 . Q. Zhou et al., «Complete Meiosis from Embryonic Stem Cell-Derived Germ Cells In Vitro», Cell Stem Cell 18 (2016): 330-340; K. Morohaku et al., «Complete In Vitro Generation of Fertile Oocytes from Mouse Primordial Germ Cells», Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 113 (2016): 9021-9026. 168 . J. K. Lim et al., «CCR5 Deficiency Is a Risk Factor for Early Clinical Manifestations of West Nile Virus Infection but Not for Viral Transmission», Journal of Infectious Diseases 201 (2010): 178-185. 169 . M. Aidoo et al., «Protective Effects of the Sickle Cell Gene Against Malaria Morbidity and Mortality», Lancet 359 (2002): 1311-1312. 170 . E. M. Poolman y A. P. Galvani, «Evaluating Candidate Agents of Selective Pressure for Cystic Fibrosis», Journal of the Royal Society 4 (2007): 91-98. 171 . E. S. Lander, «Brave New Genome», New England Journal of Medicine 373 (2015): 5-8. 172 . G. Church, «Should Heritable Gene Editing Be Used on Humans?», Wall Street Journal, 10 de abril de 2016. 173 . C. Funk, B. Kennedy y E. P. Sciupac, U.S. Public Opinion on the Future Use of Gene Editing (Washington, DC: Pew Research Center, 2016); «Genetic Modifications for Babies», Pew Research Center, 28 de enero de 2015, www.pewinternet.org/2015/01/29/public-and-scientists-views-on-science-and-society/pi_2015-01-29_science-and society-03-25. 174 . D. Carroll y R. A. Charo, «The Societal Opportunities and Challenges of Genome Editing», Genome Biology 16 (2015): 242-250. 175 . Skerrett, «Experts Debate». 176 . United Nations Educational, Scientific and Cultural Organization, «Universal Declaration on the Human Genome and Human Rights», 11 de noviembre de 1997, www.unesco.org/new/en/social-and-human-sciences/themes/bioethics/human-genome-and-human-rights/. 177 . United Nations Educational, Scientific and Cultural Organization, «Report of the IBC on Updating Its Reflection on the Human Genome and Human Rights», 2 de octubre de 2015, http://unesdoc.unesco.org/images/0023/002332/233258E.pdf . 178 . G. Annas, «Viewpoint: Scientists Should Not Edit Genomes of Human Embryos», 30 de abril de 2015, www.bu.edu/sph/2015/04/30/scientists-should-not-edit-genomes-of-human-embryos/ . 179 . E. C. Hayden, «Promising Gene Therapies Pose Million-Dollar Conundrum», Nature News, 15 de junio de 2016; S. H. Orkin y P. Reilly, «Medicine: Paying for Future Success in Gene Therapy», Science 352 (2016): 1059-1061. 180 . T. Shakespeare, «Gene Editing: Heed Disability Views», Nature 527 (2015): 446. 181 . C. J. Epstein, «Is Modern Genetics the New Eugenics?», Genetics in Medicine 5 (2003): 469-475. 182 . E. C. Hayden, «Should You Edit Your Children’s Genes?», Nature News, 23 de febrero de 2016. 183 . M. Araki y T. Ishii, «International Regulatory Landscape and Integration of Corrective Genome Editing into In Vitro Fertilization», Reproductive Biology and Endocrinology 12 (2014): 108-119. 184 . R. Isasi, E. Kleiderman y B. M. Knoppers, «Editing Policy to Fit the Genome?», Science 351 (2016): 337-339. 185 . I. G. Cohen y E. Y. Adashi, «The FDA Is Prohibited from Going Germline», Science 353 (2016): 545-546. 186 . D. B. H. Mathews et al., « CRISPR: A Path Through the Thicket», Nature 527 (2015): 159-161. 187 . A. Regalado, «A Tale of Do-It-Yourself Gene Therapy», MIT Technology Review, 14 de octubre de 2015. 188 . G. O. Schaefer, «The Future of Genetic Enhancement Is Not in the West», Conversation , 1 de agosto de 2016.

EPÍLOGO: EL COMIENZO

Mientras escribo esto, estoy volviendo a casa desde el Laboratorio de Cold Spring Harbor en Nueva York, donde he asistido a la segunda conferencia anual que el laboratorio organiza sobre la revolución que ha causado CRISPR. El libro de resúmenes de la conferencia, que contiene todos los sumarios de las investigaciones que se han presentado, está abierto en mi ordenador portátil, junto a las notas de las muchas discusiones que mantuve con los participantes en el encuentro. La lista de asistentes —415 en total— incluía no solamente a investigadores de laboratorios académicos y de empresas, sino también a doctores en medicina, periodistas, editores, inversores y gente afectada por enfermedades genéticas. En los muchos seminarios que he presentado en universidades y fundaciones durante los últimos años me he encontrado con una mezcla de gente parecida. Estos representan una selección de los grupos de interés afectados por las tecnologías de edición génica y que ayudarán a definir sus usos futuros.

Cuando estaba en Cold Spring Harbor, una estudiante —claramente embarazada— se me acercó y me preguntó si podría resumirle mi experiencia personal como científica y madre que ha vivido en medio de la revolución CRISPR. Considerando la distancia metafórica que he recorrido, me tuve que reír. Pero lo intenté.

Ha sido parecido a un viaje en una montaña rusa, cuyos giros y vueltas no podría haber imaginado al principio. He experimentado la intensa alegría del descubrimiento; el «placer de encontrar cosas», como lo describió el físico Richard Feynman. Me he maravillado junto a mi hijo con el modo en que las bacterias programan a las proteínas para que actúen como guardias armados para reconocer y destruir a los virus invasores. He disfrutado sintiéndome otra vez como una estudiante, aprendiendo sobre temas como el desarrollo humano y cuestiones médicas, sociales, políticas y éticas que afectan a la reproducción humana. He redescubierto a la persona tan especial con la que me he casado, un compañero que es sabio, que me apoya, capaz de hacer todo con destreza, desde llevar un laboratorio dedicado a la investigación internacional puntera hasta ayudar a nuestro hijo en su último intento de construir un cohete o interpretar los documentos legales remitidos a la Oficina de Patentes y Marcas de Estados Unidos. Además, cocina una quesadilla de champiñones rabiosamente buena y tiene un gusto exquisito para el Chianti.

En los últimos cuatro años (y de hecho durante toda mi carrera) he tenido el privilegio y el honor de trabajar con algunos de los mejores y más brillantes científicos del mundo. En mi propio laboratorio he sido increíblemente afortunada de beneficiarme del esfuerzo y la dedicación de incontables estudiantes, investigadores posdoctorales y científicos profesionales, personas como Blake Wiedenheft, Rachel Haurwitz, Martin Jinek y mi coautor Sam Sternberg, que fueron los que realmente llevaron a cabo los experimentos en el día a día. Fuera de mi laboratorio disfruté la oportunidad de trabajar con científicos insignes como Paul Berg y David Baltimore, que ayudaron a encarrilar nuestro intento de iniciar un debate público sobre las implicaciones de la edición génica, y colaboradoras fantásticas como Jill Banfield y Emmanuelle Charpentier, que me enfrentaron al reto de perseguir nuevas líneas de investigación.

Pero, aunque los colaboradores son el aceite que engrasa los engranajes de la investigación científica, la competencia es frecuentemente el fuego que alimenta la máquina. La sana rivalidad es una parte natural del proceso científico y ha impulsado muchos de los grandes descubrimientos de la humanidad. Aunque en ocasiones me ha pillado por sorpresa lo intensamente competitivo que puede llegar a ser el estudio y el uso de CRISPR, y cómo se ha transformado en cuestión de años, convirtiéndose en un campo global que abarca prácticamente a cualquier investigador que estudie biología.

Estos dos polos gemelos de la ciencia —la competencia y la colaboración— han definido mi carrera y me han formado como persona. En el último lustro, en particular, he experimentado toda la gama de relaciones humanas, desde amistades profundas hasta traiciones preocupantes. Estos encuentros me hicieron conocerme a mí misma y me mostraron que los seres humanos deben elegir entre controlar sus propias aspiraciones o dejar que estas les controlen.

También he llegado a apreciar la importancia de salir de mi zona de confort y debatir sobre ciencia con gente ajena al círculo de especialistas al que pertenezco. El público observa a los científicos con creciente desconfianza y escepticismo sobre sus aportaciones a la sociedad —es decir, escepticismo sobre el poder que tiene la ciencia para describir y mejorar el mundo—. Cuando la gente se niega a aceptar el cambio climático, rechaza los programas de vacunación para bebés o insiste en que los organismos modificados genéticamente no son adecuados para el consumo humano no solo pone en evidencia su ignorancia científica, sino también la ruptura que existe en la comunicación entre los científicos y el público en general. Lo mismo se puede decir de los movimientos de protesta en contra de CRISPR que ya han aparecido en Francia y Suiza denunciando los «bebés modificados genéticamente» ¹⁸⁹ . Si no conseguimos llegar hasta esa gente y otros como ellos, esa desconfianza se extenderá.

Los científicos son parcialmente responsables de esta ruptura en la comunicación. Me costó despegarme del laboratorio para hablar sobre las implicaciones de CRISPR, y a veces me habría gustado haberlo hecho antes. He empezado a creer firmemente que los que hacemos ciencia estamos obligados a participar activamente en los debates acerca de su utilidad. Vivimos en un mundo donde la ciencia es global, donde los materiales y reactivos los distribuyen proveedores centralizados y donde es más fácil que nunca tener acceso a los datos publicados. Tenemos que asegurarnos de que el conocimiento fluya tan libremente entre los científicos y la gente como lo hace entre los mismos científicos.

Dadas las implicaciones tan radicales que la edición génica tiene para nuestra especie y nuestro planeta, la apertura de líneas de comunicación entre la ciencia y la gente nunca ha sido tan esencial como ahora. Los días en los que la vida estaba modelada exclusivamente por las tenaces fuerzas de la evolución ya pasaron. Estamos en la cúspide de una nueva era en la que seremos la autoridad principal sobre la composición genética de la vida y sobre todos sus dinámicos y heterogéneos resultados. De hecho, ya estamos suplantando al sistema ciego, sordo y mudo que dio forma al material genético de nuestro planeta durante eones reemplazándolo por un sistema consciente y deliberado de evolución dirigida por los seres humanos.

No tengo ninguna duda de que no estamos preparados para tan colosal responsabilidad. Pero no podemos esquivarla. Si controlar nuestro propio destino genético es un pensamiento aterrador, entonces piensen en las consecuencias de tener este poder pero no conseguir controlarlo. Eso sí que sería realmente aterrador, realmente inimaginable.

Tenemos que derribar las paredes que anteriormente han mantenido a la ciencia y al público separados y que han fomentado que la desconfianza y la ignorancia se extiendan sin control. Si hay algo que impide que los seres humanos estén a la altura de este reto actual, son las barreras.

Tengo la firme esperanza de poder motivar a la nueva generación de científicos a unirse a la gente de una manera más intensa y abierta de lo que lo hizo mi generación, y de que abrazarán una ética de «debate sin imposición» cuando se trate de decidir cómo se deben desplegar ciencia y tecnología. De este modo, los científicos contribuiremos a recuperar la confianza de la gente en nosotros.

Hay señales de progreso. En los últimos años la publicación de acceso abierto ha permitido al público disponer gratuitamente de muchos artículos científicos, y la oportunidad de realizar cursos en línea facilita el acceso a la educación a estudiantes de todas las edades en cualquier parte del mundo. Estas tendencias son positivas, pero aún tenemos que hacer más. Las instituciones educativas tienen que replantearse cómo aprenden los estudiantes y cómo pueden aplicar su conocimiento a los problemas sociales. Yo me estoy esforzando para que mi universidad, una de las universidades públicas más prestigiosas del mundo, organice congresos, cursos y proyectos de investigación interdisciplinares. Al crear la oportunidad de que científicos, escritores, psicólogos, historiadores, investigadores políticos, expertos en ética, economistas y demás estudien conjuntamente los problemas del mundo real, incrementaremos nuestra capacidad colectiva para explicar nuestro trabajo y nuestras disciplinas a los no especialistas. Creo que esto ayudará a su vez a los estudiantes a contemplar con mayor amplitud de miras el campo en el que son expertos y a aprender a aplicar el conocimiento a la resolución de problemas. Siempre es más difícil implementar las ideas que formularlas, pero detecto entre mis colegas un creciente interés por estas iniciativas interdisciplinares. Y, de un modo extraño, la tecnología CRISPR podría ayudar a poner en marcha estas iniciativas, dada la diversidad de ámbitos a los que afecta: ciencia, ética, economía, sociología, ecología y evolución.

Todos los científicos, independientemente de nuestra especialidad, tenemos que estar preparados para afrontar en toda su amplitud las consecuencias de nuestro trabajo; pero también tenemos que comunicar todos sus detalles. Recientemente me di cuenta de esto en un almuerzo al que asistí con los grandes gurús de Silicon Valley. Uno de ellos dijo: «Dadme diez o veinte millones de dólares y un grupo de gente inteligente y resolveremos prácticamente cualquier reto de ingeniería». Obviamente, esta persona tenía bastante idea de cómo resolver problemas tecnológicos —lo ha demostrado con una larga serie de éxitos—, pero, irónicamente, este procedimiento no habría dado lugar a la tecnología de edición génica basada en CRISPR, que estuvo inspirada por la investigación de fenómenos naturales motivada por la curiosidad. La tecnología que finalmente desarrollamos ni de cerca costó diez, ni veinte millones de dólares, pero sí que requirió un conocimiento profundo de la química y la biología del sistema inmune adaptativo bacteriano, un tema que puede parecer completamente ajeno a la edición génica. Este es solo un ejemplo de la importancia de la investigación básica —el ejercicio de la ciencia con objeto de entender la naturaleza— y su relevancia en el desarrollo de nuevas tecnologías. ¡Después de todo, la naturaleza ha tenido mucho más tiempo para realizar experimentos que los seres humanos!

Si hay un mensaje general en este libro que quisiera que quedara claro es que los seres humanos tenemos que continuar explorando el mundo que nos rodea a través de la investigación científica sin metas definidas. Las maravillosas propiedades de la penicilina nunca se habrían descubierto si Alexander Fleming no hubiera estado realizando sencillos experimentos con las bacterias estafilococos. La investigación sobre el ADN recombinante —el fundamento de la biología molecular moderna— solo fue posible después del aislamiento de enzimas de corte y de copia de ADN procedentes de bacterias intestinales y de bacterias adaptadas a las altas temperaturas. La secuenciación rápida del ADN requirió la experimentación sobre las extraordinarias propiedades de las bacterias de las fuentes termales. Y mis colegas y yo jamás habríamos creado una poderosísima herramienta de edición génica si no hubiéramos abordado la pregunta, mucho más básica, de cómo se defienden las bacterias de las infecciones virales.

La historia de CRISPR es un recordatorio de que los grandes avances científicos pueden venir de lugares inesperados y de que es importante permitir que el deseo de entender la naturaleza marque el rumbo a seguir. Pero también es un recordatorio de que tanto científicos como legos asumen una enorme responsabilidad en el proceso científico y sus resultados. Tenemos que seguir apoyando nuevos descubrimientos en todas las áreas de la ciencia y debemos respaldar diligentemente y sin reservas la gestión de estos descubrimientos. Porque la historia se ha encargado de dejar claro que no estar listos para el progreso científico no significa que este no vaya a ocurrir. Cada secreto que arrancamos a la naturaleza marca el final de un experimento y el comienzo de muchos otros.

Jennifer Doudna,
septiembre de 2016

189 . Alliance Vita, «Stop Bébé GM: Une Campagne Citoyenne D’alerte sur CRISPR-Cas9», www.alliancevita.org/2016/05/stop-bebe-ogm-une-campagne-citoyenne-dalerte-sur-crispr-cas9/ ; P. Knoepfler, «First Anti-CRISPR Political Campaign Is Born in Europe», The Niche (blog), 2 de junio de 2016, www.ipscell.com/2016/06/first-anti-crispr-political-campaign-is-born-in-europe/ .

AGRADECIMIENTOS

Jennifer y Sam

Escribir este libro ha sido una experiencia apasionante y un reto para los dos, y no habría sido posible sin la ayuda desinteresada y el apoyo que hemos recibido de nuestros colegas, amigos y familiares.

Estamos en deuda con nuestro agente, Max Brockman, por promocionar el libro y apoyar el proyecto con entusiasmo desde el comienzo. Muchísimas gracias a Alexander Littlefield, nuestro incansable editor en Houghton Mifflin Harcourt, por refinar los largos (y excesivamente técnicos) borradores iniciales de los capítulos y por aportar enfoques creativos sobre la mejor manera de organizar y encuadrar el material; ha sido un verdadero placer trabajar con él. Gracias a todos los demás que en HMH tuvieron un papel en la publicación y promoción del libro, especialmente a Pilar Garcia-Brown, Laura Brady, Stephanie Kim y Michelle Triant. Tracy Roe hizo un trabajo fantástico en la corrección del manuscrito (educándonos en las sutilezas del Manual de estilo de Chicago ) al tiempo que toleraba nuestros cambios de última hora. Tuvimos la enorme fortuna de conseguir un magnífico artista para el libro y estamos muy agradecidos por el enorme trabajo que hizo Jeff Mathison para dar vida a los complicados conceptos científicos con sus preciosos dibujos a pluma.

Gracias a Martin Jinek, Blake Wiedenheft y Julian Banfield por leer y comentar distintas secciones del manuscrito. Megan Hochstrasser fue una ayuda inestimable al corregir las pruebas de la última versión del manuscrito. También estamos agradecidos a todas las personas que contribuyeron al libro a través de discusiones personales y comentarios esclarecedores.

Una consecuencia desafortunada de la ciencia (y, de hecho, de todas las disciplinas académicas) es que uno es incapaz de agradecer nominalmente a las incontables personas que han contribuido a un área concreta de investigación. Ha sido un honor estar involucrados tanto en el avance de la biología de CRISPR-Cas como en la edición génica basada en CRISPR, campos que involucran a muchos científicos excelentes. Desde los primeros pioneros de la modificación y terapia génicas, pasando por los valientes que abrieron la senda de la biología de CRISPR, hasta los actuales ingenieros del genoma, todos ellos nos han motivado, y nos continúan inspirando con el increíble trabajo que hacen a nuestro alrededor. Esperamos que los lectores interesados se den la oportunidad de compartir nuestro entusiasmo leyendo muchos de los otros relatos, artículos y libros acerca de CRISPR y la edición génica.

Jennifer

Tengo una tremenda deuda con mi magnífico esposo, Jamie Cate, y con mi hijo, Andrew, por su amor, aliento y buen humor a lo largo del proyecto y más allá. No podría haber completado este trabajo sin su apoyo. Aunque ninguno de mis padres tuvo la oportunidad de conocer el trabajo descrito en este libro, nunca me habría convertido en científica sin su fe en mí y en mi pasión por el descubrimiento. Mis hermanas, Ellen y Sarah, también han sido un apoyo continuo con el que quedo en deuda. Estoy agradecida a Rachel Haurwitz, una científica excelente que me ayudó con elementos clave para este proyecto. Otras dos científicas, Emmanuelle Charpentier y Jillian Banfield, fueron fundamentales al comienzo del trabajo descrito en este libro y les agradezco la oportunidad que me dieron de trabajar con ellas. Tengo en gran estima el trabajo de mis ayudantes, Julie Anderson, Lisa Daitch y Molly Jorgensen, por su apoyo a todas horas del día durante todos los días de la semana y por ayudarme a hacer malabarismos con todas mis faenas y compromisos permitiéndome encontrar tiempo para escribir. Finalmente quiero dar las gracias al coautor de este libro, Sam, por dedicar un año de su vida profesional a este proyecto, que nunca se habría materializado sin su hábil escritura, su visión científica y su interés por las profundas implicaciones de una tecnología transformadora.

Sam

Muchísimas gracias a Jennifer por tener confianza y fe en mí, permitiendo que me embarcara en este viaje junto a ella. Ezgi Hacisuleyman fue un consejero de gran ayuda cuando comencé a plantearme el proyecto. Blake Wiedenheft, Rebecca Besdin, Annabelle Kleist, Mitchel O’Connell y Benjamin Oakes aportaron valiosos comentarios a la primera versión propuesta para el libro. Gracias a Noam Prywes por aportar ideas en numerosas discusiones telefónicas y a Sandra Fluck por su entusiasmo con el proyecto y por leer los primeros borradores de los capítulos. Kathryn Quanstrom ha sido una continua fuente de amistad y apoyo y tuvo que aguantar mis protestas cuando las cosas iban mal. Nofar Hefes me mantuvo durante el año de escritura y me ofreció un lugar magnífico donde trabajar. Finalmente, aunque de igual importancia, estoy agradecido a mi hermano Max y a mis padres, Robert Sternberg y Susanne Nimmrichter, sin los cuales no habría llegado a donde estoy hoy día. Desde el momento en que soñé con escribir este libro por primera vez, cuando estaba de vacaciones en Hawái con ellos, hasta la última frase que escribí antes de enviar el manuscrito me animaron continuamente y puedo decir con absoluta confianza que este proyecto no habría sido posible sin su amor y apoyo infinitos.

Título original: A Crack in Creation. Gene Editing and the Unthinkable Power to Control Evolution.
Ilustraciones de Jeffery Mathison

Edición en formato digital: 2020

Copyright © 2017 by Jennifer A. Doudna and Samuel H. Sternberg. All rights reserved.

© de la traducción: James Hombría Castelli-Gair y María José Sánchez, 2020.

© Alianza Editorial, S. A., Madrid, 2020

Calle Juan Ignacio Luca de Tena, 15

28027 Madrid

alianzaeditorial@anaya.es

ISBN ebook: 978-84-9181-888-5

Está prohibida la reproducción total o parcial de este libro electrónico, su transmisión, su descarga, su descompilación, su tratamiento informático, su almacenamiento o introducción en cualquier sistema de repositorio y recuperación, en cualquier forma o por cualquier medio, ya sea electrónico, mecánico, conocido o por inventar, sin el permiso expreso escrito de los titulares del Copyright.

Conversión a formato digital: REGA

www.alianzaeditorial.es