la crisis del coronavirus

Una técnica experimental diagnostica la covid en 40 minutos

La edición genética se acerca a un test rápido y apunta a eliminar de golpe el 90% de los coronavirus conocidos

Investigadores de EE UU están desarrollando un test rápido para la covid-19 que puede diagnosticar una infección en unos 40 minutos. La nueva tecnología es aún experimental y se basa en la revolucionaria técnica de edición genética CRISPR.

Este sistema funciona como un editor de textos que permite modificar el material genético —ADN— de cualquier ser vivo. La técnica fue creada en 2011 por la estadounidense Jennifer Doudna y la francesa Emmanuelle Charpentier y ha supuesto una revolución sin precedentes en la investigación básica. Poco a poco también se abre paso en el tratamiento experimental de algunas enfermedades, incluido el cáncer. Lo que ahora demuestra un equipo de la Universidad de California en San Francisco usando la idea original de Doudna es que esta poderosa herramienta también puede aplicarse al material genético del nuevo coronavirus, hecho de ARN.

Muestras necesarias

Muestra de nariz

o boca del paciente

ARN viral

ARN transcrito a ADN

El ARN se tiene que transcribir en ADN porque esta técnica solo funciona con secuencias de ADN.

CRISPR

Se introduce una molécula que contiene tres elementos:

1.

2.

3.

Una tira simple de ADN fluorescente.

Una proteína (Cas12), que es como una tijera que corta el genoma y mata al virus.

Un retrato robot del virus (una secuencia genética que sirve como guía).

Cómo actúa

Se deposita el CRISPR-Cas sobre la muestra.

a.

El CRISPR busca el ADN viral y si lo encuentra el ADN guía se acopla a él.

b.

Esto activa la tijera Cas, que empieza a cortar cualquier secuencia de una sola tira.

c.

El CAS corta también la tira fluorescente,

que comienza a brillar.

El resultado se visualiza en una tira,

como un test de embarazo.

Control

Test

Infección

Positivo

Negativo

Fuente: Universidad de California

ARTUR GALOCHA / EL PAÍS

Muestras necesarias

Muestra de nariz

o boca del paciente

ARN viral

ARN transcrito a ADN

El ARN se tiene que transcribir en ADN porque esta técnica solo funciona con secuencias de ADN.

CRISPR

Se introduce una molécula que contiene tres elementos:

1.

2.

3.

Una tira simple de ADN fluorescente.

Un retrato robot del virus (una secuencia genética que sirve como guía).

Una proteína (Cas12), que es como una tijera que corta el genoma y mata al virus.

Cómo actúa

Se deposita el CRISPR-Cas sobre la muestra.

a.

El CRISPR busca el ADN viral y si lo encuentra el ADN guía se acopla a él.

b.

Esto activa la tijera Cas, que empieza a cortar cualquier secuencia de una sola tira.

c.

El CAS corta también la tira fluorescente,

que comienza a brillar.

El resultado se visualiza en una tira,

como un test de embarazo.

Control

Test

Infección

Positivo

Negativo

Fuente: Universidad de California

ARTUR GALOCHA / EL PAÍS

Muestras necesarias

Muestra de nariz

o boca del paciente

ARN viral

ARN transcrito a ADN

El ARN se tiene que transcribir en ADN porque esta técnica solo funciona con secuencias de ADN.

CRISPR

Se introduce una molécula que contiene tres elementos:

Un retrato robot del virus (una secuencia genética que sirve como guía).

Una tira simple de ADN fluorescente.

Una proteína (Cas12), que es como una tijera que corta el genoma y mata al virus.

1.

2.

3.

Cómo actúa

Se deposita el CRISPR-Cas sobre la muestra.

a.

El CRISPR busca el ADN viral y si lo encuentra el ADN guía se acopla a él.

c.

El CAS corta también la tira fluorescente, que comienza

a brillar.

b.

Esto activa la tijera Cas, que empieza a cortar cualquier secuencia de una sola tira.

El resultado se visualiza en una tira, como el test de embarazo.

Control

Test

Infección

Positivo

Negativo

Fuente: Universidad de California

ARTUR GALOCHA / EL PAÍS

“Esta tecnología es muy interesante porque permitiría desarrollar un test que cualquiera podría hacer en su casa de forma muy rápida”, explica a este diario Jennifer Doudna, investigadora de la Universidad de California en Berkeley. “Esto podría informar de una infección, especialmente en los casos asintomáticos”, resalta.

El ARN es la molécula intermediaria que lee las instrucciones escritas en el ADN y las convierte en proteínas, las moléculas ejecutoras de las funciones vitales. Todos los seres vivos, desde las bacterias microscópicas a las descomunales ballenas azules necesitan ADN para vivir y reproducirse.

La estrategia del coronavirus es colarse en medio de este proceso y convencer a nuestras células de que no es un advenedizo. Esto le permite usar la maquinaria celular para producir copias de sí mismo. Nuestro genoma está almacenado en una espiral formada por dos larguísimas tiras de ADN que se abrochan una en otra como una cremallera. El coronavirus en cambio está hecho de una sola tira de ARN y este es el punto débil que ha aprovechado el equipo estadounidense.

CRISPR se inspira en el sistema inmune de algunos microbios descubiertos por el español Francis Mojica en 1993 cuando estudiaba seres unicelulares de las salinas de Santa Pola (Alicante). Estos organismos guardan en su genoma de ADN fragmentos del genoma de los virus con los que se van encontrando a lo largo de su vida. Cuando el virus reaparece, la bacteria lo identifica y activa una proteína conocida como Cas que corta el genoma del virus en dos y lo mata.

Lo que ha hecho el equipo de San Francisco es crear una molécula de CRISPR que contiene cuatro elementos: la secuencia genética de dos genes del nuevo coronavirus que sirven de guía, la proteína Cas 12 que hace de tijera y un tercer fragmento de ADN fluorescente, según han publicado en Nature Biotechnology.

“Tenemos un 50% de posibilidades de conseguir que este test esté listo para usarse en esta pandemia”

El test se basa en una muestra tomada de la nariz o la boca del paciente. Primero se añaden productos químicos para transcribir el ARN en ADN, pues la Cas12 solo sabe cortar ADN. Si hay virus, la plantilla que sirve de guía se une al genoma del virus y activa la Cas12, programada para cortar las cadenas de material genético de una sola tira que haya en la muestra. De ese modo también corta la tira fluorescente y la hace brillar. Por último se realiza un test de flujo lateral, un proceso sencillo muy parecido a los de embarazo, y aparece entonces una segunda barra negra que indica una infección. Todo el proceso requiere poco más de 40 minutos.

En vídeo, Charles Chiu, profesor de la Universidad de California San Francisco, explicaba la detección de coronavirus mediante la técnica CRISPR el pasado 3 de febrero. VÍDEO: REUTERS-QUALITY

Esta tecnología se basa en el prototipo desarrollado por Doudna en 2018 y está patentada por una empresa a la que está vinculada, Mammoth Biosciences. Según Doudna, la compañía ha solicitado la aprobación del test a la Agencia Federal de Medicamentos (FDA) de EE UU por la vía de emergencia en el contexto de la pandemia de covid-19, pero aún tienen que acabar el desarrollo detallado para que la prueba sea lo suficientemente sencilla como para hacerla en casa siguiendo unas sencillas instrucciones. “Creo que tenemos un 50% de posibilidades de conseguir que este test esté listo para usarse en esta pandemia si consigue pasar todas las etapas regulatorias”, explica Doudna.

El equipo de Feng Zhang, otro pionero del CRISPR que trabaja en el Instituto Broad del MIT y Harvard y que está inmerso en una larga batalla jurídica con la Universidad de California por las patentes sobre esta tecnología, también ha desarrollado un test similar para el nuevo coronavirus que en este caso es capaz de detectar directamente el ARN del virus sin necesidad de transcribirlo.

"Creo que estamos viendo el comienzo de una segunda pugna por ser los primeros en aplicar esta técnica al diagnóstico de la covid-19”, opina Lluis Montoliu, investigador del Centro Nacional de Biotecnología (CNB-CSIC). “Por un lado, el test de Doudna tiene una capacidad de detección del virus 10 veces menor que la PCR. Esto no da problemas si la carga viral es media o alta, pero sí podría dar falsos negativos si la persona está muy al principio de la infección o saliendo de ella”, explica. “Por otro lado, esta técnica requiere reactivos químicos más sencillos que la PCR y no hace falta personal especializado para llevarla a cabo, lo que es una ventaja”, detalla.

El siguiente paso en esta carrera era evidente y el primero en darlo ha sido otro equipo de EE UU dirigido por Lei Qi, de la Universidad de Stanford. Su equipo ha desarrollado un CRISPR para detectar ARN del virus y matarlo cortándolo por la mitad. El genoma del coronavirus es una tira sencilla de ARN. En cada extremo tiene unas moléculas protectoras que lo enmascaran para no ser detectado y eliminado. La nueva herramienta, que responde a las siglas de PACMAN (acrónimo inglés de profiláctico antiviral de CRISPR para células humanas), va dirigido a una región intermedia del genoma, con lo que puede unirse a él sin problema y activar la tijera, que en este caso es la proteína Cas13d, capaz de cortar ARN directamente. El sistema es capaz de eliminar el 80% de secuencias genéticas del coronavirus en células humanas del pulmón, según un estudio publicado en Biorxiv aún sin revisión por otros expertos. El trabajo añade que harían falta solo seis variantes de CRISPR para poder eliminar el 90% de todos los coronavirus conocidos. Esta herramienta “tiene el potencial de ser implementada con rapidez para combatir variantes pandémicas de coronavirus”, escriben los autores del trabajo.

El estudio de Stanford

En este caso no es necesaria la traducción

de ARN en ADN.

Muestra de nariz

o boca del paciente

ARN viral

La proteína utilizada (Cas 13d) no corta cualquier

secuencia de ARN que encuentra, como en el

caso anterior.

Y se deshace de los

protectores del virus,

presentes al final de

la secuencia

Sino que solo corta la secuencia

exacta que se le indica.

Fuente: Universidad de Stanford.

ARTUR GALOCHA / EL PAÍS

El estudio de Stanford

En este caso no es necesaria la traducción

de ARN en ADN.

Muestra de nariz

o boca del paciente

ARN viral

La proteína utilizada (Cas 13d) no corta cualquier

secuencia de ARN que encuentra, como en el

caso anterior.

Sino que solo corta la secuencia

exacta que se le indica.

Y se deshace de los

protectores del virus,

presentes al final de

la secuencia

Fuente: Universidad de Stanford.

ARTUR GALOCHA / EL PAÍS

El estudio de Stanford

En este caso no es necesaria

la traducción de ARN en ADN.

La proteína utilizada (Cas 13d) no corta cualquier secuencia

de ARN que encuentra, como en el caso anterior.

Muestra de nariz

o boca del paciente

ARN viral

Y se deshace de los

protectores del virus,

presentes al final de

la secuencia

Sino que solo corta la secuencia

exacta que se le indica.

Fuente: Universidad de Stanford.

ARTUR GALOCHA / EL PAÍS

Este tipo de edición genética sería más factible que la que se centra en ADN, pues no necesita penetrar en el núcleo de las células y manipular su sacrosanta secuencia, en la que cualquier fallo o defecto introducido puede causar daños o pasar de generación en generación. Pero el ARN es una molécula esencial para la vida y es posible que este tipo de intervención no solo corte el ARN del virus, sino también el de su huésped. La tijera molecular Cas 13d es en este sentido más precisa, pues no corta indiscriminadamente.

El biólogo molecular Miguel Ángel Moreno Mateos, investigador del Centro Andaluz de Biología del Desarrollo, es uno de los mayores expertos españoles en estas tijeras moleculares. En un trabajo reciente, su equipo ha explorado la efectividad de la Cas 13d en embriones de peces cebra y de ratones. “Lo que hemos visto es que la técnica es limpia, segura y eficiente pues corta el 80% de las secuencias diana y no causa daño, los animales se desarrollan de forma normal”, señala.

Este mismo mes un equipo de científicos chinos ha anunciado la aplicación de estas tijeras por primera vez a animales adultos. Han demostrado que pueden administrar CRISPR a ratones que sufren muerte neuronal y transformar células inmunes de la glía de sus cerebros en nuevas neuronas, lo que alivió la parálisis y los síntomas similares al párkinson, tal y como explican en la revista Cell. El trabajo apunta a que esta puede ser una nueva vía para tratar enfermedades neurológicas sin tratamiento en humanos.

Pero al igual que cualquier otra posible terapia, estas versiones de CRISPR afrontan ahora el llamado valle de la muerte: el largo proceso de validación preclínica en animales y las pruebas necesarias en humanos en el que fracasan más del 95% de todos los tratamientos experimentales.

“Este es un sistema prometedor, pero aún hay que desarrollar una forma de trasladarlo de forma segura y eficiente al interior de las células del paciente, por ejemplo a sus pulmones, sin causar daños”, advierte Moreno Mateos, cuyo equipo usa esta tecnología de inhabilitar ARN específicos para estudios básicos sobre la función de ciertos genes en animales. “En cuanto a las terapias para covid-19, las que más posibilidades tienen ahora mismo son las que ya están aprobadas para otros usos. La cuestión es que probablemente ninguna de ellas sea perfecta y ahí es donde CRISPR tiene mucho que decir por su capacidad de degradar de forma específica el genoma de este y otros virus. Hay un campo de investigación muy prometedor”, resalta.

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