La nueva era de los OMG: el caso de los champiñones CRISPR/Cas9

Hace como dos meses, tuve el placer de asistir a un seminario de divulgación científica sobre la revolución que ha supuesto, la aplicación de la tecnología CRISPR-cas9 y derivadas, en la biología molecular y genética humana, destacando en esta última los avances en la investigación y desarrollo de nuevos tratamientos sobre ciertas enfermedades genéticas. Ya casi al final, y de una manera anecdótica, se hizo mención a la aplicación de estas tecnologías de edición genética, en la mejora genética de ciertos alimentos, destacando el caso de la aplicación de la tecnología CRISPR-Cas9 para evitar el pardeamiento natural de los champiñones blancos. Este nuevo avance ha supuesto una verdadera revolución en cuanto a la regulación legislativa y comercialización de los productos modificados genéticamente por este mecanismo, sobre todo en lo referente a la opinión pública, científica y general. Por su importancia y por todo lo que conlleva en cuanto a conceptos y procedimientos empleados, no era cuestión pasarla por alto en este espacio. Así que, con mejor o menor fortuna, vamos a tratar de abordar el tema, para dejar de nuevo constancia de lo importante de los avances en ciencia básica y su repercusión en la ciencia aplicada.

GMO y CRISPR

El sistema CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palyndromic Repeats), acuñado así por el microbiólogo español, F. J. Mojica, es un cluster corto de secuencias palindrómicas cortas de ADN procariota, agrupadas y regularmente interespaciadas que, junto con el sistema genético-enzimático Cas, suponen el principal mecanismo autoinmune adquirido de bacterias y arqueas. El gen Cas codifica por diferentes enzimas Cas (hasta tres tipos con sus correspondientes subtipos) de tipo nucleasas, que son capaces de cortar el ADN en dos puntos de corte activos, correspondientes cada uno, a cada una de las hebras de DNA. Ante una infección por plásmidos y fagos, la célula reconoce los elementos génicos exógenos y forma los sistemas CRISPR, que los transcribe en forma de ARN, el llamado Trans-activating crRNA. Combinado este TracrRNA con RNA espaciador, se origina una molécula de ARN guía, single-guide RNA, que reconoce secuencias específicas (interferencia del sistema CRISPR), guiando a las nucleasas Cas para cortar y degradar secuencias genéticas de una manera análoga al ARNi en organismos eucarióticos. En todo este proceso han participado diferentes grupos de investigación, destacando el trabajo publicado en Science (A programmable dual-RNA-guided DNA endonuclease in adaptive bacterial immunity) por Jennifer Doudna y Emmanuelle Charpentier et. al. y el trabajo desempeñado por Luciano Marraffini.

CRISPR-Cas9

En el año 2013, un fitopatólogo del Departamento de Patología de Plantas y Microbiología Medioambiental de la Universidad de Pensilvania, Yinong Yang, utilizó la tecnología Crispr/Cas9 para crear pequeñas deleciones (de 1 a 14bp) en un gen específico de los champiñones blancos (Agaricus bisporus) de los 6 genes que codifican por la enzima polifenol oxidasa (PPO), encargada de aportar el pardeamiento enzimático característico que aparece en ciertos frutos (entre los champiñones) o tubérculos, al estar expuestos un cierto tiempo a la acción del oxígeno del aire, al ser golpeados o por el mero envejecimiento de los mismos. La PPO, presente en los cloroplastos de las células vegetales, es la encargada, a través de reacciones de hidroxilación, oxidación y polimeración, de transformar los monofenoles incoloros en compuestos melanoides de coloración pardusca y aroma extraño.

Reacción PPO

El equipo de Yang, utilizando el plásmido pUC19 (con los promotores U6 y gpd del A. bisporus en la secuencia del sgRNA, también presente, necesarios para modificar la expresión del gen que codifica por la PPO y, la enzima Cas9 de S. pyogenes optimizada para la unión a la secuencia génica de la PPO específica de A. bisporus) y el mecanismo de transferencia mediado por polietenil glicol (PEG), fue capaz de regenerar los micelios de A. bisporus a partir de los cultivos de protoplastos, a partir de los cuales los champiñones resultantes, veían reducida la expresión de la PPO en un 30%, favoreciendo con ello una mejora de las cualidades organolépticas, vida útil y los mecanismos automatizados de la cosecha de los champiñones blancos, así como también los costes de producción y gestión de residuos.

Cómo se puede comprobar y cómo bien indicó Yang en su escrito remitido al servicio de Inspección de Salud Animal y Vegetal (APHIS) del departamento de Agricultura de los EE.UU (USDA) en 2015, estos champiñones blancos modificados por Champiñones CRISPRCRISPR/Cas9 son organismos modificados genéticamente sin introducción de genomas foráneos, confirmado a través de la realización de análisis del producto por medio de técnicas de PCR o Southern Blot. El motivo principal de esta comunicación era la de confirmar la posibilidad de que estos champiñones blancos pudieran ser cultivados y comercializados sin necesidad de una regulación y/o legislación a la que se someten aquellos organismos modificados genéticamente que por su mecanismo de modificación (transgénesis habitual o silenciamiento de genes por ARNi, entre otros) pudieran generar problemas medioambientales y/o sanitarios, según el título 7, subtítulo III, capítulo 3, apartado 340 del Código de Regulaciones Federales (CFR) de la Ley de protección de plantas (2000) de los EE.UU. Finalmente, el APHIS confirmó a los champiñones blancos modificados por CRISPR/Cas9 como cultivos exentos de regulación aplicable a la importación, el movimiento o la liberación de organismos modificados genéticamente en los EE.UU. No obstante, queda pendiente su aprobación a nivel sanitario por parte de otros organismos como la FDA y de los estudios de mercado propios, por parte de la empresa distribuidora. Por todos los logros conseguidos hasta el momento, en casos similares como el de la patata Innate (considerada como OGM) o la manzana Artic, todo parece indicar que no habrá problemas. Lo mismo se espera para los otros productos modificados por técnicas de edición genética  presentes y futuros como el maíz bajo en fitatos, el maíz blanco, el maíz resistente a sequías o el trigo resistente a mohos.

Teniendo en cuenta que, la edición genética por medio de la técnica CRISPR/Cas9 es relativamente más precisa y específica, generando una menor alteración del genoma, es necesario plantear la posibilidad de reconsiderar a los cultivos mejorados en alguna de sus características mediante técnicas de edición genética, a efectos legislativos, no como organismos genéticamente modificados (OGM/GMO), sino como otro cultivo más al igual que los tradicionales. Se abre  así, un nuevo marco regulador en el que según algunos, se debería centrar en la regulación del producto final (no tanto así del proceso llevado a cabo para su obtención) y según otros, se puede abrir nuevas líneas de investigación y desarrollo para numerosos grupos de investigación y empresas biotecnológicas que trabajan en la mejora genética de cultivos mediante técnicas de edición genética. Incluso, también se abre una nueva vía de opinión pública individual, científica y de colectivos medioambientales/ecológicos, frente a los inexistentes riesgos que puede conllevar el cultivo e ingesta de alimentos modificados genéticamente.

Evolución CRISPR-GMO

Clasificación de los productos modificados por edición genética en relación al concepto de GMO

Según palabras de Yang, “Esta tecnología es muy prometedora para el desarrollo de cultivos con muchas características deseables, tales como bajos niveles de alérgenos alimentarios o toxinas, resistencia a enfermedades, tolerancia a la sequía o utilización eficiente de nitrógeno y fósforo. Estas características agronómicas no sólo ayudan a reducir los pesticidas, fertilizantes y el uso del agua, sino también mejorar la calidad y seguridad de los alimentos“. En relación a la nueva vía de opinión pública que se abre,  Yang señaló: “Espero que el desarrollo de esta nueva tecnología facilite el diálogo racional y productivo entre los diversos grupos de pensamiento, con el objetivo común de lograr la seguridad alimentaria y la sostenibilidad agrícola y ambiental.

¡El debate está abierto! ¡Nos “leemos” en la próxima entrada!                                  TatianaDC

Fuentes:                                                                                                             Jones, H.D. “Are plants engineered with CRISPR technology genetically modified organisms?” Biochemical Society (Junio 2016)  ; Waltz, E. “Gene-edited CRISPR mushroom escapes US regulation” Nature vol. 532 (2016) http://www.aphis.usda.gov/biotechnology/downloads/reg_loi/15-321-01_air_response_signed.pdf                                                         http://www.aphis.usda.gov/biotechnology/downloads/reg_loi/15-321-01_air_inquiry.pdf                                                                                 http://www.nature.com/news/gene-edited-crispr-mushroom-escapes-us-regulation-1.19754                                                                               http://nhv.us/content/16045589-penn-researcher-uses-crisprcas9-snip-out-tiny-piece-dna-gene                                                   http://www.sciencemag.org/news/sifter/crispr-edited-mushroom-dodges-us-regulators                                                                                           http://www.foodnavigator-usa.com/Regulation/What-s-a-GMO-Mushrooms-gene-editing-and-CRISPR-Cas9                                                      http://www.technologyreview.com/s/601285/here-come-the-unregulated-gmos/ http://www.sott.net/article/317489-Crispr-genetically-engineered-foods-could-change-the-GMO-debate http://news.psu.edu/story/405406/2016/04/19/research/gene-edited-mushroom-created-penn-state-researcher-changing-gmo http://sciencepubline.com/2016/04/gene-edited-crispr-mushroom-resists-browning/ http://futurism.com/gmo-mushroom-doesnt-need-regulated-thanks-crispr-gene-editing/                                       http://www.natureworldnews.com/articles/20900/20160416/new-generation-genetically-edited-food-here-s-catch.htm http://www.npr.org/sections/thesalt/2016/04/15/474358416/will-genetically-edited-food-be-regulated-the-case-of-the-mushroom                         http://en.wikipedia.org/wiki/CRISPR                                     http://www.neb.com/tools-and-resources/feature-articles/crispr-cas9-and-targeted-genome-editing-a-new-era-in-molecular-biology http://gastronomiaycia.republica.com/2014/11/09/aprobado-en-estados-unidos-el-cultivo-de-patata-transgenica-innate/              http://scientiablog.com/2015/02/27/el-premio-nobel-de-medicina-y-las-manzanas-transgenicas/

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