CIBIOGEM-V1 5

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Edición de genes CRISPR-cas9
CIBIOGEM
Junio 15 de 2017. Ciudad de México
Dr. Xavier Soberón 
Instituto Nacional de Medicina Genómica
Contenido
1. Edición de genes como base de la biotecnología 
moderna
2. La tecnología CRISPR-cas 9; adopción y 
potenciales
3. Discusión sobre uso responsable: consenso 
internacional
4. Conclusiones y perspectivas 
Contenido
1. Edición de genes como base de la biotecnología 
moderna
2. La tecnología CRISPR-cas 9; adopción y potenciales
3. Discusión sobre uso responsable: consenso 
internacional
4. Conclusiones y perspectivas 
Perspectiva histórica
ADN Recombinante
En 1973, con los 
primeros 
experimentos, se 
inicia la era de la 
ingeniería 
genética
Stanley Cohen, Herbert Boyer y Paul Berg 
(Premio Nobel de Química 1980). 
Demostraron que el gen para el ARN 
ribosomal de la rana podía ser transferido y 
expresado en una célula bacteriana.
Este puede considerarse como el primer 
ejemplo de edición genética.
Llevamos 40 años de desarrollo para estas 
técnicas
La hibridación de ácidos nucleicos 
Proceso fundamental 
en toda la tecnología 
genética
Reconocimiento 
molecular “predecible”
Mutagenesis dirigida
Desarrollada desde 1978 
por Michael Smith 
(Premio Nobel de 
Química 1993). Produce 
mutaciones puntuales
El ADN sintético como 
agente para modificar 
genes
Procedimientos IN VITRO
propiedades diseñadas
Insulina: En 1978 
Herbert Boyer y Keiichi 
Itakura construyen un 
plásmido que codifica la 
insulina humana. Desde 
1982 es aprobada para 
uso en humanos 
Primeros productos: la industria de 
los medicamentos biotecnológicos
Antes de los 80’S
Grandes y nuevas herramientas de los 
80’s
La revolución de la biotecnología del siglo XXI: secuenciación 
masiva (NGS)
Abaratamiento de 1 millón de veces
SNPs por ensayo
1997 1
2004 1,000
2007 50,000
2008 500,000
2009 1,000,000
2010 5,000,000
CRISPR-Cas9
¿Revolucionario después de 
40 años?
Clustered Regulatory Interspaced 
Short Palindromic Repeats
(CRISPR). Sistema natural de 
inmunidad adaptativa de algunas 
bacterias
La secuencia de RNA reconoce 
específicamente una secuencia 
complementaria de DNA para que 
actúe la nucleasa Cas9 y haga los 
cortes en el genoma
¡Tecnología revolucionaria 
después de 40 años de mejora 
incremental!
Actualmente ….
Transgénicos
Primera etapa de 
ingeniería genética en 
organismos superiores 
La inserción del transgene 
ocurre en sitios no 
predeterminados
La eficiencia es baja
Se desarrollan métodos 
para transformar, 
establecer y expresar 
genes exógenos en 
plantas y animales
Knockout / Knock-in
Experimentos 
sumamente 
laboriosos. 
Tomaban meses; 
imposibles en muchas 
especies
Silenciamiento génico mediado por RNA 
Se origina con la producción de 
RNA antisentido en los 80’s
Tipos naturales : siRNA, small 
interfering RN (ARN interferente 
pequeño). miRNA, ( microARN 
). piRNA, ARN asociados a Piwi 
(Piwi-interacting RNAs).
Mecanismo de RNAi 
(maquinaria protéica participa y 
hace eficiente) en células 
superiores: revoluciona la 
técnica
Megha Ghildiyal & Phillip D. Zamore. 2009. Nature Reviews Genetics 10, 94-108
Tipos de pequeños RNA’s silenciadores
Megha Ghildiyal & Phillip D. Zamore. 2009. Nature Reviews Genetics 10, 94-108
Silenciamiento de genes mediado por ADN modificado 
Uso de ácidos nucleicos para 
modificar genes in vivo
Contenido
1. Edición de genes como base de la biotecnología 
moderna
2. La tecnología CRISPR-cas 9; adopción y 
potenciales
3. Discusión sobre uso responsable: consenso 
internacional
4. Conclusiones y perspectivas 
Mecanismos de reparación de ADN
Existe una maquinaria endógena de reparación celular.
La edición de genes se apoya en esta maquinaria.
Técnicas de 
edición de 
genes antes 
de CRISPR 
Dedos de Zinc
Aparecen en el 2000
Cada dedo reconoce 
un triplete
TALEN’s
Transcription Activator Like 
Effector Nuclease. Proteinas 
secretadas por Xantomonas
aparecen en 2010 y contiene 
dominios de unión a ADN 
compuesto por una serie de 33-35 
aminoácidos repetidos que cada 
uno reconoce a un par de bases 
Diseñarla es mucho más fácil en 
comparación con dedos de Zinc , 
sin embargo por ser de gran 
tamaño suele ser complicado 
trabajar con ellas.
CRISPR-Cas9
¿Revolucionario después de 
40 años?
Clustered Regulatory Interspaced 
Short Palindromic Repeats
(CRISPR). Sistema natural de 
inmunidad adaptativa de algunas 
bacterias
La secuencia de RNA reconoce 
específicamente una secuencia 
complementaria de DNA para que 
actúe la nucleasa Cas9 y haga los 
cortes en el genoma
¡Tecnología revolucionaria 
después de 40 años de mejora 
incremental!
CRISPR-Cas9
Momentum: Adopción de la tecnología 
CRISPR 
(El mas elocuente ejemplo 
reciente de una tecnología 
que surge de la investigación 
básica)
La increíble eficiencia de CRISPR
Algunos expertos consideran que CRISPR/Cas9 es aprox. 100 
veces más eficiente que los métodos anteriores
Aplicaciones de CRISPR-Cas9
Aplicaciones clínicas CRISPR/Cas9
28 de octubre de 2016, 
Un equipo liderado por el oncólogo Lu 
You de la Universidad de Sichuan en 
Chengdu, China, suministró a células 
modificadas en un paciente que sufre 
de un agresivo cáncer de pulmón.
21 de junio de 2016, 
EE.UU. aprobó una propuesta para 
utilizar CRISPR-Cas9 en la mejora de 
terapias contra el cáncer; basadas en 
reclutar células T.
Cerdos resistentes a síndromes 
respiratorios
En 2017, Investigadores de la 
Universidad de Edinburgh, demostraron 
que con CRISPR desactivaron el gen 
CD163. Los cerdos no produce la 
proteína CD163, encargada de 
propagar el virus por el cuerpo del 
animal. 
Cuando los animales libres de CD163 
han sido expuestos a los principales 
subtipos de los SRRP, no se han 
enfermado.
Hasta la fecha, ninguna vacuna ha 
mostrado efectividad para esta 
enfermedad que cuesta cada año más 
de 660 millones de dólares
Cerdos con doble musculatura
En 2015, científicos de 
Corea del Sur y de China 
utilizando TALEN 
modificaron el gen de la 
miostatina (MSTN) en 
cerdos.
La MSTN inhibe el 
crecimiento de las células 
musculares, controlando el 
tamaño del músculo, sí la 
MSTN es interrumpida las 
células musculares 
proliferaran, creando un 
volumen anormal de fibras 
musculares.
Ganado vacuno con resistencia a la 
tuberculosis
En 2017, Estudio en la Universidad Northwest en China 
utilizaron una versión modificada de CRISPR/Cas9 para 
insertar un gen de resistencia a la tuberculosis 
(NRAMP1) en el genoma de la vaca. Hasta ahora sin 
efectos no deseados.
Naranjos de Florida inmunes al enverdecimiento
Enfermedad de Huanglongbing 
(HLB), destruye la producción, 
apariencia y valor de los árboles 
cítricos; produce frutos amargos no 
comestibles y muerte progresiva del 
árbol.
La enfermedad apareció en Florida 
en 2005 y desde entonces la 
producción ha caído hasta los 104,4 
millones de cajas de naranjas en 
2014, su nivel más bajo en los 
últimos 30 años.
En las Universidades de Texas y 
Florida se están desarrollando 
árboles modificados que puedan 
hacer frente al enverdecimiento.
En busca del tomate perfecto
Un equipo del Cold Spring 
Harbor Laboratory 
Buscan diseñar plantas más 
productivas, utilizando CRISPR 
para desarrollar con ramas y 
flores optimizados para el 
tamaño del fruto, mejorando los 
rendimientos.
Este enfoque se puede aplicar 
a la mejora de cultivos en 
general y no sólo en el tomate.
Champiñones resistentes al pardeamiento
En 2013, Yinong Yang, utilizó 
CRISPR/Cas9 
Deleciones (1 a 14 bp) en los 
6 genes que codifican para la 
enzima polifenol oxidasa en 
Agaricus bisporus
El servicio de Inspección de 
Salud Animal y Vegetal 
(APHIS) declaró 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 USA.
Modificación genética vs. Edición 
genética 
La edición precisa permite modificar atributos sin 
introducir genes exógenos.
El desafortunado término OGM es, de alguna 
manera, sinónimo de transgénico.
Muchas formas de edición genética precisa serían 
no-transgénicos (e.g. eliminación de genes, 
sustitución de alelos, modificación de genes sobre 
diseños teóricos, etc..)
Clasificación de los productos por 
edición genética
Gene Drive usando CRISPR
Ledford H., 2015. Nature, 522(4), 20:24 
Gantz, V.M. & Bier, E. 2015. Science, 348: 442-444
Contenido
1. Edición de genes como base de la biotecnología 
moderna
2. La tecnología CRISPR-cas 9; adopción y potenciales
3. Discusión sobre uso responsable: consenso 
internacional
4. Conclusiones y perspectivas 
Regulaciones 
Actualmente se debate sobre la manera como se 
deben de regular el uso de este tipo de tecnologías
Preocupaciones 
Debate internacional en la edición de genes
Diciembre 1-3 de 2015; Washington D.C., USA.
Expertos mundiales, convocados para discutir cuestiones científicas, legales y
bioéticas
Se elaboró un reporte al respecto durante el 2016
Pronunciamiento al final de la cumbre
1. Investigación básica y preclínica sujeta a una adecuada 
supervisión legal y ética.
2. Uso clínico (somático); usar en células somáticas para 
tratar enfermedades como el cáncer y la anemia de células 
falciformes autorizada dentro de los marcos legales 
existentes
3. Uso clínico (línea germinal); se deben de resolver de 
seguridad y deberá de existir un amplio consenso social 
sobre las aplicaciones propuestas
4. Necesidad de un foro continuo; a fin de establecer normas 
de uso en humanos
14 de febrero de 2017
Se debe de actuar con: Responsabilidad,
seguridad y transparencia.
El empleo en terapia génica somática es muy
promisorio y debe regularse conforme a las
mismas normas ya bien establecidas
Las personas deben tener voz en la discusión
sobre la utilización de las técnicas de edición
genómica en humanos.
Únicamente en el caso de enfermedades graves
y bajo estricta vigilancia podrían permitirse los
ensayos clínicos en los que se incluya edición
del genoma en la línea germinal.
Informe de la Academia Nacional de Ciencias 
y la Academia Nacional de Medicina
Contenido
1. Edición de genes como base de la biotecnología 
moderna
2. La tecnología CRISPR-cas 9; adopción y potenciales
3. Discusión sobre uso responsable: consenso 
internacional
4. Conclusiones y perspectivas 
Oportunidades de desarrollo
La habilidad para 
modificar eficientemente 
cualquier secuencia 
genómica ha creado la 
oportunidad de 
revitalizar drásticamente 
el mejoramiento de ……
Perspectivas 
Oportunidades Riesgos/ precauciones
Terapia genica
Abuso de la tecnología
Aumento de las desigualdades
Zootecnia
Zoonosis
Control biológico
Alteración de las poblaciones 
salvajes
Mejoramiento de cultivos Cambios no planeados
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Gracias
Modificación genética vs. Edición 
genética 
Huang, S. et al. 2016. NATURE GENETICS, 48(2): 109-111 
Nucleasas 
Khatodia, S. et al. 2016. Frontiers in Plant Science, 7: article 506.
Nueva base tecnológica para la discusión