CRISPR, el próximo salto de la genética

La genética moderna comenzó en una oscura abadía agustina en 1856, cuando a un monje checo, Gregor Mendel, formuló los primeros principios científicos de la herencia experimentando con guisantes. A principios de los años setenta, la ciencia comenzó a recombinar moléculas de ADN. Hoy la ingeniería genética se usa en la agricultura y la medicina, para producir insulina, hormonas, vacunas y diversos fármacos.

El código biológico de la especie humana –unos 3.000 millones de pares de bases químicas que se combinan en la icónica espiral de doble hélice del ADN– se transcribió hace 15 años. El 14 de abril de 2003, los responsables del Proyecto Genoma Humano declararon que su secuencia se había completado en lo esencial. Incluidos los trabajos preliminares, ese esfuerzo requirió 13 años de trabajo y una inversión de 2.700 millones de dólares.

Pero hasta ahora la posibilidad de reescribir el genoma de un organismo –o incluso de una especie entera– ha sido materia de ciencia-ficción. Sin embargo, ese salto de la disciplina está ya ad portas por el desarrollo de una herramienta molecular llamada CRISPR (clustered regularly interspaced short palindromic repeats, esto es, repeticiones palindrómicas cortas agrupadas y regularmente interespaciadas) utilizada para editar o corregir el genoma de cualquier célula y secciones enteras de ADN.

La edición de genes no produce plantas o animales transgénicos. Es decir, no manipula la combinación de ADN de diferentes organismos. Con la tecnología CRISPR las enzimas se usan para dirigir y eliminar una sección de ADN o modificarla de modo que transmitan características heredables favorables. CRISPR puede cortar partes específicas del código genético y reemplazarlas con segmentos nuevos para eliminar enfermedades o dar a las personas rasgos completamente nuevos. Pero puede también introducir modificaciones genéticas extremas capaces de alterar drásticamente o incluso poner en peligro la propia existencia de una especie.

Esas posibilidades conllevan inevitables dilemas éticos que los legisladores tendrán que analizar con sumo rigor antes de establecer las regulaciones que regirán el desarrollo y las aplicaciones médicas de la tecnología. Aunque ya era posible editar el ADN, CRISPR permitirá hacerlo de forma más precisa. Y económica. En este artículo en Política Exterior, Bill Gates describe cómo la edición genética podría transformar el mundo. Gates fue uno de los primeros en invertir en Editas Medicine, una de las primeras compañías que utilizó tecnología CRISPR para eliminar patologías hereditarias.

Investigadores de la Fundación Gates llevan más de una década investigando las formas de usar la edición genética para mejorar cultivos y eliminar a los mosquitos que portan la malaria y otras enfermedades pandémicas. De hecho, la agricultura y la ganadería van a ser los primeros campos de experimentación de la tecnología. Los investigadores están estudiando, por ejemplo, formas de modificar los genes de vacas para estimular su producción de leche sin introducirles genes ajenos y adaptar el ganado lechero a climas tropicales.

Los tipos de vacas lecheras que pueden sobrevivir en entornos tropicales tienden a producir mucha menos leche que las Holstein, que son extremadamente productivas en climas templados gracias a mutaciones naturales que los criadores han seleccionado durante generaciones. Científicos escoceses están colaborando con países africanos como Etiopía, Kenia, Nigeria y Tanzania para estudiar formas de editar los genes de las razas de ganado tropical para darles los mismos rasgos genéticos de las Holstein, lo que podría aumentar la producción de leche de las razas tropicales hasta en un 50%. Los científicos están considerando también la posibilidad de editar los genes de las Holstein para producir una subraza de pelo corto y liso que les permita tolerar mejor el calor y la humedad tropicales.

En agricultura, editar los genomas de ciertos cultivos podría ayudarles a sobrevivir en climas más cálidos y áridos, mejorando con ello su crecimiento, reduciendo la necesidad de fertilizantes y pesticidas e inmunizándolos de ciertos patógenos. La tecnología CRISPR podría incluso utilizarse para reducir o eliminar poblaciones de especies invasivas como ratones o las plagas de langostas que devoran o destruyen cosechas enteras. Los investigadores están tratando, por ejemplo, de crear un ratón que solo pueda procrear otros machos, con lo que las hembras desaparecerían, extinguiendo la especie.

Incluso se podrían salvar especies en peligro como las ranas y otros anfibios que se han visto diezmadas por la contaminación y la alteración humana de sus ecosistemas, introduciéndoles genes modificados que les inmunizarían contra ciertos patógenos o agentes químicos artificiales.

Lo que está en juego

La humanidad se juega mucho en el envite. La población africana se duplicará de aquí a 2050, hasta los 2.500 millones de personas, por lo que la producción de alimentos deberá al menos igualar su crecimiento demográfico. Más de 750 millones de personas, en su mayoría familias de agricultores rurales en el África subsahariana y el sur de Asia, viven hoy en la pobreza extrema, según el Banco Mundial. Un 75% de esa población cultiva pequeñas parcelas de tierra en una agricultura de mera subsistencia.

Debido a la baja productividad agrícola en África, los rendimientos de los cultivos de cereales son cinco veces más altos en Norteamérica, lo que explica que África siga siendo un importador neto de alimentos. Para superar esos retos, la Fundación Gates financia el desarrollo de un tipo de arroz que puede generar su propia energía a través de la fotosíntesis, hongos con vidas útiles más largas, tubérculos con bajo contenido de acrilamida (un posible carcinógeno) o soja que produce un aceite más ligero. Por su parte, científicos de la Universidad de Oxford han podido reordenar las estructuras celulares en las hojas de la planta de arroz para hacer que el tipo llamado C4 sea un 20% más eficiente en la fotosíntesis, reduciendo su necesidad de agua.

Otro campo prometedor es el de la eliminación de enfermedades con causas genéticas, como ciertas formas de ceguera, cáncer y enfermedades neurodegenerativas, fibrosis cística, hemofilia, VIH y la enfermedad de Huntington. La lucha contra la malaria, que mata a unas 450.000 personas cada año en todo el mundo, podría ser una de las más beneficiadas por la tecnología CRISPR.

Un 70% de las víctimas mortales de la malaria son niños menores de cinco años. A África subsahariana, donde se producen el 90% de los casos de esa enfermedad, la enfermedad le cuesta cada año el 1,3 % del PIB. Hay más de 3.500 especies conocidas de mosquitos en todo el mundo, pero solo unas pocas transmiten la malaria a los seres humanos. Y solo las hembras la pueden transmitir. La tecnología CRISPR podría editar genes heredables que podrían hacer estériles a las hembras.

Dilemas éticos de la tecnología CRISPR

Los debates filosóficos, legislativos y bioéticos de los próximos años deberán determinar las limitaciones de la tecnología. Desde que en los años setenta la ciencia desarrolló métodos para recombinar el ADN, ya existe la posibilidad de crear –deliberada o accidentalmente– patógenos artificiales.

La biotecnología puede usarse con múltiples fines perversos. En 2002, por ejemplo, un laboratorio de Nueva York replicó el virus de la polio utilizando ADN que obtuvo legalmente de una compañía de biotecnología. En 2012, investigadores británicos y holandeses demostraron que una forma de gripe aviar, que se contagia de aves a mamíferos solo por contacto físico, podía modificarse genéticamente para contagiarse por el aire.

Incluso podría modificarse el genoma de los mosquitos para que produzcan toxinas más peligrosas o se hagan más resistentes al frío, con lo que podrían invadir nuevos hábitats y extender la malaria o el dengue fuera del trópico. Si un organismo modificado se entrecruzara con otras especies esos cambios se transmitirían a poblaciones nuevas, lo que podría extinguir algunas especies o alterar irreparablemente algunos ecosistemas. Otra pesadilla podría ser el resurgimiento de intentos de crear seres humanos con capacidades excepcionales, reeditando los experimentos eugenésicos ensayados por la Alemania nazi.

Desde 1945, solo seis países han admitido que han desarrollado armas biológicas, aunque existen evidencias suficientes para sospechar que han sido una docena o más. Stalin llegó incluso a considerar la posibilidad de usar un virus patógeno para asesinar al mariscal Tito. En los años treinta y cuarenta, los japoneses infectaron con pulgas transmisoras de la peste bubónica amplias zonas urbanas de China, y con otras enfermedades fuentes de agua potable y campos de arroz. Las estimaciones sobre el número de víctimas varía entre decenas y centenares de miles.

Un problema añadido es que los ataques con armas biológicas son difíciles de atribuir y pueden parecer brotes epidémicos naturales. Entre las posibilidades que ofrece CRISPR para el desarrollo de armas biológicas está la de editar los genes de un virus para que afecte a un objetivo humano específico según sus características raciales, étnicas o genéticas. En los años setenta, por ejemplo, el régimen racista de Rodesia introdujo el virus del cólera en pozos de agua en áreas dominadas por la guerrilla nacionalista negra y barajó incluso la posibilidad de administrar vacunas a mujeres negras que las habría vuelto infértiles.

La gran mayoría de los países del mundo, 180, son firmantes de la convención de armas biológicas de 1972, que si bien carece de mecanismos para hacer cumplir sus exigencias, al menos deja meridianamente claro el repudio moral de la comunidad internacional a ese tipo de armas. A escala global, el protocolo de Cartagena de Bioseguridad, que entró en vigor en 2003, regula los organismos genéticamente modificados, pero EEUU no lo firmó.

En 2014, la OMS dio directrices para probar mosquitos genéticamente modificados. En 2016, la Academia Nacional de Ciencias de EEUU se basó en esas directrices para formular sus propias regulaciones sobre la aplicación de la tecnología en animales, recomendando investigaciones exhaustivas en los laboratorios antes de que se realicen las pruebas de campo.

Existe un amplio consenso en torno a la necesidad de que todas las partes interesadas –científicos, sociedad civil, administraciones, etcétera– participen en el debate que fijará los estándares globales en ese campo. El futuro de la humanidad depende de ello.