CRISPR VS COVID-19: ¿CÓMO PUEDE LA EDICIÓN GENÉTICA AYUDAR A VENCER A UN VIRUS?

 

CRISPR VS COVID-19: ¿CÓMO PUEDE LA EDICIÓN GENÉTICA AYUDAR A VENCER A UN VIRUS?

por Jennifer Straiton 

Resumen

Conocido por ser un arma robusta en el arsenal de un científico, ¿cómo se ha aplicado la herramienta de edición genética CRISPR en la lucha contra COVID-19?

Cuando se identificó por primera vez el SARS-CoV-2, muchos investigadores redirigieron su enfoque al estudio de este nuevo virus y la enfermedad que causa. Aquellos que trabajaron con CRISPR no fueron una excepción, y la herramienta de edición genética pronto se puso al frente de la guerra mundial contra COVID-19. Con la tecnología basada en un sistema de edición de genes bacterianos de origen natural que desempeña un papel clave en la defensa procariota contra la infección viral, el sistema CRISPR-Cas está diseñado para combatir virus. El desafío al que se enfrentan los investigadores ahora es cómo utilizar mejor su capacidad natural y optimizarla para beneficio humano.

En este caso, los científicos han estado a la altura de las circunstancias y la tecnología CRISPR se ha utilizado con éxito para desarrollar pruebas de diagnóstico rápido para COVID-19, obteniendo su primera aprobación de la FDA de EE. UU. (MD, EE. UU.) En el proceso [ 1 ]. La investigación continúa, ya que estas pruebas ahora se están desarrollando para un uso clínico generalizado, con varias empresas en la carrera para llenar el vacío cada vez mayor en el mercado dejado por los reactivos para las pruebas COVID-19 basadas en PCR que se agotan y disminuyen la capacidad de prueba. En otras áreas, los científicos han considerado a CRISPR como un potencial terapéutico, utilizando su actividad enzimática dirigida para destruir el ARN del SARS-CoV-2 y prevenir la replicación viral.

CRISPR se ha implementado bien y verdaderamente en la lucha contra COVID-19, pero ¿qué potencial tiene para controlar esta pandemia y las futuras?

Detección dirigida con diagnósticos basados ​​en CRISPR

Las pruebas han sido un factor clave en las políticas de respuesta al COVID-19 de muchas naciones, con las pruebas basadas en PCR como el estándar de oro de las pruebas de diagnóstico. Sin embargo, una larga espera por los resultados, un protocolo que requiere mucha mano de obra y un suministro cada vez menor de reactivos ha llevado a muchos a buscar opciones de prueba alternativas. Para mantenerse al día con los protocolos de pruebas masivas que muchos expertos han considerado necesarios para controlar la propagación del virus, el desarrollo de una prueba de diagnóstico rápida en el hogar podría ayudar a cambiar el rumbo del creciente número de casos mundiales. Para esto, muchos han recurrido a CRISPR, con su capacidad de focalización de nucleótidos que lo hace óptimo para detectar la presencia de ARN viral.

Utilizar CRISPR como herramienta de diagnóstico no es una idea nueva; las empresas Sherlock Biosciences (MA, EE. UU.) y Mammoth Biosciences (CA, EE. UU.), cofundadas por los pioneros de CRISPR Feng Zhang y Jennifer Doudna, respectivamente, se lanzaron con el objetivo de desarrollar herramientas de diagnóstico basadas en CRISPR [ 2 , 3 ] . Al comienzo de la pandemia de COVID-19, ambas compañías cambiaron su atención hacia la creación de un sistema que pudiera detectar el virus SARS-CoV-2, y en mayo de 2020 fue Sherlock Biosciences quien hizo historia al obtener el primer uso autorizado por la FDA de CRISPR.

En declaraciones a BioTechniques , el cofundador y CEO de Sherlock, Rahul Dhanda, señaló: En Sherlock, vemos esto como un momento histórico para la organización, pero también para el campo en general, porque lo que siempre ha sido esta tecnología muy robusta en CRISPR se ha validado como un verdadero solución a la asistencia sanitaria .

Su kit de prueba SHERLOCK ^™ CRISPR SARS-CoV-2 recibió una autorización de uso de emergencia de la autoridad federal, lo que significa que puede usarse para realizar pruebas de SARS-CoV-2 en laboratorios certificados. El kit de prueba COVID-19 funciona programando el sistema CRISPR para detectar la firma genética del SARS-CoV-2, utilizando gRNA que es complementario a una sección específica del genoma viral. Si se detecta la sección objetivo en una muestra, se activa el sistema CRISPR y se libera una señal detectable, en este caso un marcador fluorescente [ 4 , 5 ].

Hasta ahora, la precisión ha sido increíblemente alta ”, explicó Dhanda cuando se le preguntó acerca de los beneficios de SHERLOCK en relación con las pruebas basadas en PCR. “ Hemos realizado nuestro propio análisis crítico para la autorización de la FDA que demostró una precisión, sensibilidad y especificidad del 100%. Además, es mucho más rápido; mientras que la PCR puede tardar varias horas, esto se realiza en aproximadamente una hora. El otro beneficio es que se basa en otro conjunto de reactivos, por lo que algunas de las limitaciones en la cadena de suministro que han estado afectando el uso de RT-PCR no necesariamente limitan la prueba de Sherlock .

Si bien la tecnología es prometedora, las pruebas basadas en CRISPR todavía se limitan al laboratorio. El verdadero desafío ahora es crear un sistema de pruebas en el lugar de atención que permita realizar pruebas rápidas y precisas en cualquier entorno. Para lograr esto, Sherlock está en colaboración con múltiples socios, por ejemplo, binx health (MA, EE. UU.) Con quien están trabajando para crear la primera prueba de diagnóstico en el punto de atención del mundo para COVID-19. Esta colaboración ya ha reducido el tiempo de respuesta de la prueba a 20 minutos, y se espera que la producción a gran escala de dicha prueba reduzca el precio por prueba y aumente la accesibilidad.

Competencia basada en CRISPR: creación de la primera prueba clínicamente viable

Si bien Sherlock hizo historia al obtener la aprobación de la FDA para su prueba, el desarrollo de una contraparte clínicamente viable todavía es muy controvertido. La carrera para crear un diagnóstico viable basado en CRISPR está cerrada, y el ensayo DETECTR ^™ de un grupo afiliado a Mammoth Biosciences ofrece una segunda opción para una prueba COVID-19 alternativa. Con un sistema basado en CRISPR-Cas12, la prueba DETECTR es capaz de identificar la presencia del virus a partir de muestras de hisopos nasofaríngeos u orofaríngeos [ 6 ]. Al igual que con el sistema SHERLOCK, la prueba tiene un tiempo de respuesta rápido, no requiere el complejo equipo de laboratorio y ha mostrado niveles similares de sensibilidad y especificidad a las pruebas de qRT-PCR.

Necesitamos diagnósticos más rápidos, accesibles y escalables ”, comentó Janice Chen, CTO de Mammoth. “ El espacio de pruebas en el punto de atención está listo para la interrupción y los diagnósticos CRISPR tienen el potencial de llevar pruebas confiables a los entornos más vulnerables [ 7 ].

Fuera del sector de la industria biotecnológica, los grupos de investigación académica también están lanzando su sombrero al ring para crear una prueba. Al publicar su trabajo en PLoS Pathogens , un grupo de investigación chino anunció recientemente el desarrollo de su prueba CRISPR-COVID [ 8 ]. Descrito por los autores como “ un diagnóstico isotérmico basado en CRISPR para COVID-19 con una sensibilidad cercana a una sola copia ”, su prueba tarda solo 40 minutos en producir resultados.

Además, recientemente investigadores de la Universidad de Connecticut (EE. UU.) Validaron la viabilidad clínica de su método All-In-One-Dual CRISPR-Cas12a (AIOD-CRISPR), utilizando un calentador de manos de bajo costo como incubadora y generando resultados en tan solo 20 minutos. Al usar un calentador de manos, los investigadores eliminaron la necesidad de una incubadora eléctrica y así crearon un diagnóstico en el punto de atención sin instrumentos [ 9 ]. " Una plataforma de detección tan simple, portátil y sensible tiene el potencial de proporcionar diagnósticos rápidos y tempranos de COVID-19 y otras enfermedades infecciosas en el hogar, en el consultorio del médico e incluso en los sitios de prueba ", comentó el líder del grupo Changchun Liu. [ 10 ].

Con múltiples grupos trabajando hacia el objetivo de un diagnóstico basado en CRISPR, es solo cuestión de tiempo antes de que la técnica esté aprobada para uso clínico. En la línea de tiempo de una pandemia, esto no puede llegar lo suficientemente pronto, ya que muchos ya han destacado la necesidad de realizar pruebas masivas con pruebas rápidas y baratas en el lugar de atención para superar una segunda ola mortal [ 11 ]. Sin embargo, ya sea que esté listo a tiempo para obtener un beneficio clínico en esta pandemia o en la próxima, se ha establecido un precedente para CRISPR como diagnóstico y, una vez más, ha demostrado ser un método de laboratorio vital para crear la próxima generación de pruebas.

PAC-MAN vs la pandemia: la terapéutica se vuelve retro

Las aplicaciones terapéuticas de CRISPR están en aumento, y la tecnología juega un papel clave en el desarrollo de curas potenciales para una variedad de enfermedades genéticas mediante la edición directa del genoma [ 12 ]. Mientras tanto, adoptando un enfoque diferente y mirando más allá del genoma humano, los investigadores de la Universidad de Stanford (CA, EE. UU.) Están trabajando hacia una terapia basada en CRISPR para las enfermedades infecciosas. Comenzando su trabajo contra el virus de la influenza, el equipo ha seguido el ejemplo de muchos antes que ellos y reenfocó el objetivo de su agente antiviral dirigido a genes hacia el COVID-19 y la batalla global contra la pandemia [ 13 ].

La tecnología CRISPR profiláctica antiviral en células humanas, o PAC-MAN, incluye la enzima Cas13 y una hebra de gRNA que es específica de las secuencias de nucleótidos en el genoma del SARS-CoV-2. Al apuntar y posteriormente destruir el genoma viral, la tecnología PAC-MAN elimina efectivamente la amenaza del virus al prevenir la replicación viral. Además, al apuntar a las secuencias de ARN que se conservan en todos los miembros de la familia Coronaviridae , los investigadores sugieren que PAC-MAN podría convertirse en una estrategia de inhibición de pan-coronavirus que sea eficaz contra todos los coronavirus que causan enfermedades [ 13 ].

Si bien la tecnología PAC-MAN ya ha demostrado su valor como herramienta molecular, traducir esto en un tratamiento clínicamente viable tiene sus problemas, el más destacado es la falta de un mecanismo de administración eficaz. Este es un desafío fundamental que se enfrenta en todo el campo de la edición de genes, ya que los componentes de CRISPR son demasiado grandes para entrar en las células objetivo [ 14 ]. Se están investigando varios mecanismos de administración para superar este problema, y ​​el equipo de Stanford ha colaborado con un grupo de Molecular Foundry (CA, EE. UU.) Que se especializa en el desarrollo de moléculas sintéticas llamadas lipitoides que tienen potencial como un sistema de administración CRISPR eficaz.

Se ha demostrado que los lipitoides, un tipo de péptido sintético, no son tóxicos para los humanos y son capaces de administrar nucleótidos a las células encapsulándolos en nanopartículas aproximadamente del tamaño de un virus. Cuando se combina con la tecnología PAC-MAN, el lipitoide Lipitoide 1 funcionó bien y, en una muestra de células pulmonares epiteliales humanas, fue eficaz para reducir la cantidad de SARS-CoV-2 en una solución en más del 90% [ 15 ]. El siguiente paso para el grupo con sede en Stanford es probar su terapia PAC-MAN / lipitoide en un modelo animal contra un virus vivo del SARS-CoV-2.

Una liberación lipitoide eficaz, junto con la orientación CRISPR, podría permitir una estrategia muy poderosa para combatir las enfermedades virales no solo contra COVID-19 sino posiblemente contra nuevas cepas virales con potencial pandémico , comentó Michael Connolly, líder del grupo Molecular Foundry [ 15 ].

Pierde la batalla, gana la guerra

Incluso en el campo acelerado de la investigación de COVID-19, un tratamiento basado en CRISPR clínicamente viable puede estar muy lejos. Si bien COVID-19 puede vencer a CRISPR en esta batalla actual, las aplicaciones de pan-coronavirus de la tecnología PAC-MAN probablemente signifiquen que CRISPR saldrá a la cabeza en la guerra contra futuros coronavirus.

En el actual ciclo de noticias centrado en COVID-19, los avances que no están directamente relacionados con los tratamientos de COVID-19 a menudo se consideran una nota al margen. La atención se centra completamente en lo que pueden hacer los acontecimientos para librar al mundo de la pandemia en curso y hacer que las cosas "vuelvan a la normalidad". Dicho esto, vale la pena señalar que la tecnología desarrollada frente a COVID-19 puede ser aplicable para muchas otras enfermedades infecciosas, y los avances en la tecnología CRISPR desarrollados hoy probablemente serán beneficiosos en las próximas décadas.

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