La próxima tecnología de edición genética también podría ser la más antigua

Los científicos han descubierto VIPR, un potente sistema de edición genética en los virus que data desde hace miles de millones de años. Podría ser más eficaz que CRISPR.

Durante la última década, la tecnología de edición genética conocida como CRISPR se ha convertido en una herramienta científica familiar, utilizada para crear curas que salvan vidas, hacer cultivos más productivos e incluso diseñar perros sin alergias.

Pero los científicos no inventaron desde cero a CRISPR (acrónimo en inglés de Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, o Repeticiones Palindrómicas Cortas Agrupadas y Espaciadas Regularmente). Lo descubrieron en bacterias y otros microbios, que lo usan como defensa contra los virus invasores. El jueves, los científicos informaron que habían encontrado otra defensa de edición genética en la naturaleza, esta vez en los propios virus.

Este sistema, llamado VIPR, parece tener más de cuatro mil millones de años de antigüedad, y parece ser el ancestro evolutivo de CRISPR, escribieron los investigadores en dos artículos publicados en Science.

Podría resultar ser la herramienta de edición genética más poderosa, con ciertas ventajas sobre CRISPR. VIPR parece capaz de apuntar a una variedad más amplia de secuencias genéticas, lo que le permite alterar una mayor parte del genoma.

Y estas moléculas son más pequeñas, lo que las hace potencialmente más fáciles de introducir en las células.

"El tamaño increíblemente pequeño de VIPR hace que estos sistemas sean herramientas transformadoras para la ingeniería del genoma", dijo Philip Kranzusch, un microbiólogo de la Escuela de Medicina de Harvard que no participó en la investigación.

Jennifer Doudna, una bioquímica de la Universidad de California, Berkeley, que es autora de los estudios, compartió el Premio Nobel en 2020 por aprovechar el poder de CRISPR. Después de ese avance, comenzó a preguntarse cómo evolucionó la versión natural del editor genético.

"Tenía que venir de alguna parte", recordó haber pensado. "Tal vez se estaba usando para hacer otra cosa antes, y tal vez todavía haya evidencia de lo que podría haber estado haciendo".

CRISPR está compuesto de proteínas y moléculas de ARN que se unen para destrozar genes virales. La molécula de ARN consta de una secuencia de componentes básicos que coincide exactamente con las secuencias genéticas de ciertos virus.

El ARN se fija a los genes virales, y la proteína que trae consigo corta la cadena de ADN, desactivando el virus.

Desde que se descubrieron los primeros sistemas CRISPR en la década de 1990, los científicos los han encontrado en un número cada vez mayor de microbios.

Al comparar sus genes, los científicos han adquirido conocimientos sobre la evolución de CRISPR. En 2024, unos investigadores concluyeron que los ancestros comunes de todos los seres vivos portaban moléculas CRISPR.

Pero, ¿de dónde vino esta defensa destructora de ADN?

Cuando los biólogos intentan mirar tan atrás, el panorama se vuelve borroso. Es como mirar a través de un telescopio: cuanto más lejos miras, más borrosas se vuelven las estrellas.

Hace dos años, Peter Yoon, entonces un estudiante de posgrado que trabajaba con Doudna, se propuso construir un telescopio mejor. En lugar de examinar los genes CRISPR, estudió las moléculas codificadas por esos genes.

Un gen sirve como plano para una proteína. Cuando un gen muta, la proteína que codifica también puede cambiar, pero a veces, la mutación de un gen no tendrá ningún efecto. Su proteína aún puede conservar la misma forma general, incluso durante miles de millones de años.

La forma de una proteína determina las reacciones químicas que puede llevar a cabo. Una vez que una proteína evoluciona para hacer algo, por lo general simplemente sigue haciéndolo. "La naturaleza es muy perezosa", dijo Yoon, quien ahora es miembro del personal técnico de Anthropic, la empresa de IA.

Trabajando con Kenneth Loi, un estudiante de posgrado, Yoon analizó 2,3 millones de proteínas y encontró cientos que se parecían a las moléculas CRISPR, pero que no formaban parte de esos sistemas de edición genética en los microbios.

Nadie había descubierto qué hacía ninguna de estas proteínas parecidas a CRISPR. Pero Yoon y Loi descubrieron un hecho sorprendente: casi todas provenían de los virus.

"Fue una inversión total de lo que esperábamos", dijo Yoon. CRISPR es un arma que los microbios, como las bacterias, usan contra los virus. Ahora los científicos estaban encontrando virus que parecían portar ellos mismos una versión de este.

Kranzusch señaló que este descubrimiento habría sido imposible hace apenas unos años. Los sistemas de inteligencia artificial ahora permiten a los científicos descubrir conexiones antiguas entre proteínas que estaban ocultas hasta ahora.

"Es una hermosa demostración del poder de estos métodos", dijo.

Yoon y sus colegas llamaron VIPR a estas proteínas y se dispusieron a averiguar cómo funcionaban. Eso requirió realizar experimentos en virus reales.

En su lista de candidatos, notaron una cepa que Doudna casualmente tenía guardada en el congelador de su laboratorio para otros experimentos.

"Tuvimos mucha suerte", dijo Loi. "Simplemente descongelamos el virus e infectamos algunas células y dijimos: 'veamos qué encontramos'".

Las células infectadas produjeron proteínas VIPR, que luego se unieron a moléculas de ARN viral. Y al igual que CRISPR, estas moléculas se dirigieron al ADN viral, descubrieron los investigadores.

Mientras que las proteínas CRISPR despedazan los genes, las proteínas VIPR se envuelven a su alrededor. El efecto es el mismo: los genes a los que se dirigen se desactivan.

Doudna y sus estudiantes ven en esta bioquímica un arma que los virus deben estar desplegando contra otros virus. "Todo comienza a tener sentido", dijo. "Esta es una especie de guerra viral antigua".

La idea es que cuando dos virus infectan la misma célula, tienen que competir por el control de la maquinaria molecular de la célula. Un virus que porta genes VIPR puede desactivar a su rival. Solo el virus triunfante logra replicarse dentro del huésped.

Doudna y sus colegas proponen que VIPR surgió temprano en la historia de la Tierra, hace más de cuatro mil millones de años. A medida que los virus competían para infectar a los primeros microbios, luchaban entre sí con moléculas de direccionamiento genético. Esa lucha continúa en la actualidad.

CRISPR surgió de esta arma viral, sugieren los investigadores, cuando los microbios se apropiaron del sistema para su propio uso. Es bastante común que los genes virales terminen accidentalmente en los genomas de sus huéspedes. (Nuestro propio ADN está plagado de ellos).

"Puedes imaginar que VIPR es un arma que los virus se apuntan unos a otros", dijo Yoon. "Si las bacterias simplemente se la roban, se convierte en un sistema inmunológico".

Queda por ver si VIPR se puede convertir en una herramienta de edición genética. Pero su descubrimiento ha dejado a los científicos preguntándose si la prolongada batalla entre virus ha producido otro armamento genético que aún no se ha encontrado.

"Me sorprendería mucho si VIPR fuera el último sistema de direccionamiento inesperado que descubrimos", dijo Rafael Pinilla-Redondo, un virólogo de la Universidad de Copenhague que no participó en los estudios.

Doudna dijo que sintió una gran humildad al pensar que un ancestro de los sistemas de edición genética estuvo guardado en el congelador de su laboratorio durante años: "Es un gran recordatorio de lo poco que todavía entendemos sobre biología".

Carl Zimmer cubre noticias sobre ciencia para el Times y escribe la columna Orígenes.