Premio Nobel Química 2020: Charpentier y Doudna por la edición genómica CRISPR-Cas9

Por Francisco R. Villatoro, el 7 octubre, 2020. Categoría(s): Ciencia • Noticias • Personajes • Química • Science ✎ 16

Francis J. M. Mojica era el más firme candidato español al Premio Nobel; por desgracia, su nombre no figuraba en las quinielas internacionales. El padre de las secuencias CRISPR (y quien les dio ese nombre) ya nunca recibirá el tan deseado galardón. Emmanuelle M. Charpentier (51 años, Max Planck Unit for the Science of Pathogens, Berlin, Alemania) y Jennifer A. Doudna (56 años, University of California, Berkeley, EE.UU.) logran el Premio Nobel de Química de 2020 por el desarrollo del método de edición de genomas CRISPR-Cas9. Un galardón esperado desde hace un lustro cuyo único hándicap era la batalla por la patente entre el Instituto BROAD del MIT (Feng Zhang) y un consorcio liderado por la Universidad de California en Berkeley (Doudna), junto a la Universidad de Viena (Charpentier); a pesar de que aún sigue la batalla por las patentes CRISPR (GenÉtica, 14 sep 2020) el Comité Nobel ha tenido que dar su brazo a torcer, como no podía ser de otra forma.

El artículo premiado es Martin Jine, …, Jennifer A. Doudna, Emmanuelle Charpentier, «A Programmable Dual-RNA–Guided DNA Endonuclease in Adaptive Bacterial Immunity,» Science 337: 816-821 (17 Aug 2012), doi: https://doi.org/10.1126/science.1225829. Un único artículo que ha revolucionado nuestro mundo y el futuro que nos espera.

El Comité Nobel se ha olvidado del lituano Virginijus Šikšnys (64 años, Vilnius University Institute of Biotechnology, Lituania) que envió a publicación el 21 de mayo la misma idea que Doudna y Charpentier enviaron el 8 de junio, pero cuyo artículo apareció publicado el 25 de septiembre en lugar del 17 de agosto (la aceptación fue el 20 de junio y apareció en la web de la revista el 28 de junio); Giedrius Gasiunas, Rodolphe Barrangou, …, Virginijus Siksnys, «Cas9–crRNA ribonucleoprotein complex mediates specific DNA cleavage for adaptive immunity in bacteria,» PNAS 109: E2579-E2586 (25 Sep 2012), doi: https://doi.org/10.1073/pnas.1208507109. Siksnys aparecía junto a Doudna y Charpentier en casi todas las quinielas (salvo en las españolas), incluida la mía en LCMF, 5 oct 2020.

Por cierto, Doudna y Charpentier eran candidatas firmes al Nobel desde que recibieron el Premio Princesa de Asturias en 2015 (LCMF, 30 sep 2015; LCMF, 02 oct 2016; LCMF, 01 oct 2017; LCMF, 06 oct 2019). La única duda era si lo recibirían solas (como el Princesa de Asturias) o acompañadas por alguien. Como, por ejemplo, Feng Zhang, su gran competidor, responsable de la popularidad actual de la técnica CRISPR-Cas9 en eucariotas y su aplicación a humanos, con su artículo Le Cong, F. Ann Ran, …, Feng Zhang, «Multiplex Genome Engineering Using CRISPR/Cas Systems,» Science 339: 819-823 (15 Feb 2013), doi: https://doi.org/10.1126/science.1231143. El gran Montoliu nos comenta que hay al menos «12 investigadores esenciales para entender la revolución CRISPR» (@LluisMontoliu) y todos ellos merecían compartir el galardón; pero la decisión del Comité Nobel es salomónica.

Te recomiendo consultar el anuncio del premio, la nota de prensa [PDF], la información divulgativa [PDF] y la información avanzada [PDF]. Si quieres profundizar en el tema una lectura imprescindible es el libro de Lluís Montoliu, «Editando genes: recorta, pega y colorea. Las maravillosas herramientas CRISPR», 2da. edición, Next Door Publishers (2020), la web de CRISPR en el CNB, y el blog GenÉtica de Naukas. También recomiendo leer a Heidi Ledford, Ewen Callaway, «Pioneers of revolutionary CRISPR gene editing win chemistry Nobel,» Nature (07 Oct 2020), doi: https://doi.org/10.1038/d41586-020-02765-9.

Los lectores de este blog ya conocen la historia de las secuencias CRISPR y del segundo sistema inmune de las procariotas descubierto por Francisco J. M. Mojica (Universidad de Alicante, España). Todo empieza con el japonés Yoshizumi Ishino en 1987, que descubrió unas curiosas secuencias repetidas en Escherichia coli. Continúa con la tesis doctoral de Mojica, quien encontró secuencias repetidas similares en la arquea Haloferax mediterranei de las Salinas de Santa Pola (Alicante, España); lo publicó en 1993 (https://doi.org/10.1111/j.1365-2958.1993.tb01721.x). A diferencia del japonés, el español decidió dedicar su carrera investigadora a desvelar su origen. Usando herramientas bioinformáticos publicó en el año 2000 que estas secuencias cortas palindrómicas estaban bien conservadas entre las procariotas (https://doi.org/10.1046/j.1365-2958.2000.01838.x); su función tenía que ser importante. En 2002 les puso nombre para un artículo de un colega que él mismo no firmó (https://doi.org/10.1046/j.1365-2958.2002.02839.x): CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, o repeticiones palindrómicas cortas agrupadas y regularmente interespaciadas).

Otros investigadores desvelaron que las secuencias CRISPR estaban asociadas a unas proteínas llamadas Cas (CRISPR-associated) que actuaban como nucleasas, es decir, como tijeras que cortan ADN. En 2005 se desveló usando herramientas bioinformáticas que las secuencias CRISPR contenían trozos de secuencias de bacteriófagos y plásmidos; así Mojica por un lado, y otros investigadores de forma independiente por otro, propusieron que se trataba de un segundo sistema inmune en procariotas (ya se conocía otro), que era adaptativo, es decir, que reconocía a los patógenos almacenando su «código de barras» en el propio ADN. De hecho, el artículo que lo demostró de forma definitiva fue publicado en Science por otros investigadores (https://doi.org/10.1126/science.1138140). Este descubrimiento de un sistema inmune adaptativo en procariotas es el único motivo por el que Mojica es firme candidato al Premio Nobel de Fisiología o Medicina.

Por desgracia, nunca sabrías quién es Mojica si todo se hubiera quedado en investigación básica; la razón porque conoces las técnicas CRISPR es por su uso biotecnológico. En su primera charla divulgativa, el 11 de enero de 2016 en Málaga, en el ciclo Encuentros con la Ciencia (vídeo YouTube), Mojica relata cómo solicitó un proyecto de investigación para estudiar el posible uso del sistema CRISPR-Cas como herramienta biotecnológica, pero que se lo denegaron; frustrado renegó de dicho camino, no publicando nada al respecto. Su trabajo continuó en investigación básica no orientada, publicando múltiples resultados (como este artículo de 2009, https://doi.org/10.1099/mic.0.023960-0). Por desgracia, las procariotas tienen poco interés general, con lo que dicho camino nunca estaría decorado con una alfombra roja hacia Estocolmo. Para sorpresa de todos, salvo quizás para Mojica, en el año 2012 otros investigadores propusieron de forma independiente el uso biotecnológico del sistema CRISPR-Cas.

En 2002 Emmanuelle Charpentier creó un grupo de investigación en la Universidad de Viena (Austria) para estudiar la bacteria que causa más daño a la humanidad, Streptococcus pyogenes. Se centró en la regulación de los genes codificados en su ADN circular. En 2006 llamó a su colega Jennifer Doudna, que estudiaba el ARN interferente (o de interferencia) que regula la expresión de genes. Le habló de las secuencias CRISPR y la hipótesis de que formaban parte de un sistema inmune adaptativo bacteriano similar a la interferencia de ARN. Entre 2007 y 2012 la labor de ambas se centró en entender en detalle cómo funcionaba este sistema inmune adaptativo. En particular, caracterizaron en paralelo cómo funcionaba el mecanismo de generación del ARN guía y su actividad de interferencia: las proteínas Cas son dirigidas por moléculas de ARN (crRNA), que contienen la secuencia de un único espaciador en las secuencias CRISPR, y logran cortar el ADN complementario a dicha secuencia con gran precisión.

El equipo de Doudna entre 2009 y 2012 se centró en la bioquímica, estructura y función de las proteínas Cas, estableciendo su papel en el mecanismo inmune CRISPR-Cas. El equipo de Charpentier identificó en 2011 unos ARN pequeños (tracrRNA) que son necesarios para la generación de los crRNA en un sistema CRISPR-Cas (llamado de tipo II). En una cafetería en Puerto Rico, durante un congreso internacional, se comprometieron en colaborar; Charpentier había fracasado en ciertos experimentos in vitro y pensaba que la experiencia de Doudna le permitiría progresar. El trabajo de ambas convergió en 2012, cuando propusieron una herramienta de ingeniería genética para cortar dobles cadenas ADN con gran precisión basada en una usar una proteína Cas9, un crRNA guía y un tracrRNA que aparea con la región CRISPR del crRNA. La publicación en Science de este sistema para la edición programable de genomas se considera el nacimiento de las tecnologías CRISPR-Cas9; para muchos, el avance científico más importante de las últimas décadas, a pesar de que el Breakthrough of the Year 2012 fue el anuncio del bosón de Higgs.

El 18 de abril de 2012, Siksnys envió a la revista Cell Reports un artículo en el que proponía una nueva herramienta de ingeniería genética basada en secuencias CRISPR-Cas9; el artículo fue rechazado, con lo que lo reenvío a PNAS, que lo recibió el 8 de junio, el mismo día que la revista Science recibió un artículo de Charpentier y Doudna. El artículo fue aceptado en PNAS y publicado el 25 de septiembre; pero ya se le habían adelantado Charpentier y Doudna, cuyo artículo en Science se publicó el 17 de agosto. En mi opinión, el artículo de Science es más completo, más claro y más robusto, pero ello no quita que algunos galardones, como el Premio Kavli de Nanociencia de 2018, hayan sido otorgados a los tres (Charpentier, Doudna y Siksnys).

El sistema de edición genética CRISPR-Cas9 se caracteriza por su simplicidad y su extraordinaria eficacia. Gracias a ello logró sustituir muy rápido a los demás sistemas de edición genética basados en nucleasas (como las TALEN), mucho menos eficaces. En esencia el sistema consta de dos elementos, una molécula de ARN guía que contiene la secuencia complementaria a la secuencia diana de ADN que se pretende editar y una proteína Cas9 que actúa como endonucleasa capaz de cortar el ADN en un lugar muy concreto de la secuencia diana, justo al lado de una secuencia llamada PAM. El sistema de reparación de errores de la célula se encarga de reparar el corte, lo que suele modificar la secuencia del gen reparado provocando que se inhiba su expresión; se puede incluir un ADN patrón acoplado a la proteína Cas para «guiar» al sistema de reparación.

Parece sencillo, pero se requirió del trabajo de muchos investigadores para entender cómo funcionaba el sistema CRISPR-Cas9, cómo se podía aplicar a células eucariotas y cómo aprovechar todas sus (casi infinitas) posibilidades en biotecnología. El resultado es que los artículos de Charpentier y Doudna, como los de otros pioneros como Zhang, han sido citados más de diez mil veces en menos de ocho años. Hoy en día la técnica de edición genética CRISPR-Cas9 se usa por doquier y se ha publicado tanto en tan poco tiempo, que muchos artículos ya omiten la cita obligada a los pioneros. Las técnicas CRISPR han evolucionado en múltiples líneas, usando otras proteínas Cas, desde las técnicas de edición de bases (que solo cambian una única letra del ADN) hasta las técnicas ultrarrápidas para la detección de coronavirus (como las que están desarrollando Montoliu y varios colegas en el CSIC).

Sin lugar a dudas, el premio a Charpentier y Doudna era muy esperado; pero en España nos deja mal sabor de boca, y en otros países también. Quizás algún día cambien las reglas del Comité Nobel que impiden premiar a más de tres personas; entonces se evitará que muchas personas que lo merecen se queden con la miel en los labios, arrojados con las rodillas al suelo sobre la alfombra roja, con las manos hacia adelante y la mirada hacia el suelo. Los premios Nobel son injustos, pero la vida misma es injusta. Aún así, Charpentier y Doudna merecen nuestro aplauso y admiración, han cambiado nuestro mundo como pocos investigadores lo han hecho. Gracias a las técnicas CRISPR el siglo XXI está un paso más cerca del futuro que vemos en las películas de ciencia ficción.



16 Comentarios

  1. En toda la diana, un premio con perspectiva de género.

    «Por cierto, Doudna y Charpentier eran candidatas firmes al Nobel desde que recibieron el Premio Princesa de Asturias en 2015…» por cierto, dicen las malas lenguas que el jurado que les premió no tenía ni idea del trabajo de su compatriota Mojica.

    1. Ese es el problema de la «contaminación de género» que algunos bienpensantes están llevando a la ciencia y a la meritocracia. Cuando tanto necio que no sabe nada del tema (típicamente periodistas en busca de noticia) sólo aplaude o reprueba según el sexo del candidato, al final ocurre que muchos legos comienzan a dudar de los méritos de las premiadas, no vayan a venir de parte de la cuota.

      Ya me imagino qué hubiese escrito la prensa si Virginijus Šikšnys fuese mujer y Charpentier y Doudna señores. ¿Quién se podría atrever a decir «en mi opinión, el artículo de Science es más completo, más claro y más robusto» para justificar que no la hubiesen elegido para el premio? ¿Acaso la no elección no hubiese sido de facto, y sin mayor análisis, entendida como una discriminación?

        1. Efectivamente Francis. No sé que tiene que ver el ‘genero’ en este aquí, quizás se deberían replantear la normatia en la elección de los candidatos. También estoy de acuerdo que probablemente F. Mojica ya no se llevará nunca el Nobel. En cualquier caso, para nosotros seguirá siendo el padre de CRISPR, y algo que aún lo engrandece más, su humildad.

        2. Francis: no los he leído pero confío en tu criterio. Yo no valoro el acierto o desacierto parcial del comité. Seguramente las premiadas lo merecían. Como siempre el debate está en los que no lo reciben. También creo que tú serías de los pocos que hubieses comentado sobre la relevancia científica de las contribuciones de todos los implicados independientemente del sexo de los mismos.

    2. Jose, el jurado del Premio Princesa de Asturias selecciona entre varias propuestas que provienen de un comité técnico; quizás quienes no conocían a Mojica eran dichos técnicos. En ningún momento el jurado puede añadir o quitar candidatos en dichos propuestas, solo puede seleccionar una de ellas.

  2. Una lástima. Los de Dr. Francis Mojica son previos a los de Doubna y sin duda lo han postergado . Una vedadera lástima, pero su talante humano y su fama se engrandecerá porque ademas de ser un eccepcional científico es un buen ser humano. Le conozco brevisimamente, muy superficialmente, un poco de un breve encuentro ante una máquina de café en el Departamento de la Universidad de Alicante. Una gran persona, me dejó muy agradablemente impresionado.Y desde luego una tremenda injusticia. Ha declarado hoy a la radio «sentirse aliviado y sin presión». Eso le engrandece mas como persona.

  3. Veo por los medios mucho lloriqueo tergiversado respecto a que deberían de haber compartido Nobel con Mújica, desde mi humilde opinión no tienen ni pies ni cabeza; y ese rollo de que ha sido por perspectiva de género es lamentable.
    El trabajo de Mújica puede que no esté lo suficientemente valorado y que esté en el país equivocado, ahí no tengo nada que decir, pero no tiene ningún sentido que el Nobel sobre la edición genética tenga que compartirse con Mújica, con Yoshizumi o ya de paso con Antoine Lavoisier.

  4. Hombre, no sé si es lamentable, pero de todos los autores que Francis ha citado en su artículo, sólo hay dos mujeres… que yo entiendo que los nobeles no son un prodigio de parcialidad. Injustos fueron con Rosalind Franklin, con Jocelyn Bell, con Lise Meitner, así que se me ocurra de pronto, y patinazos monumentales con Penzias y Wilson que les tuvo que decir Robert Dicke qué habían encontrado, y Dicke se quedó en dique seco y el mérito para los otros… lo que habría quizá que hacer es desmitificar los nobeles, que se les da demasiada importancia y ya va siendo hora de no dársela tanto, porque a la vista está.
    Yo voto porque a Mojica le de el gobierno un millón de euros para gastárselos en los proyectos que quiera sin auditarlos, y todos contentos.

  5. «Gracias a las técnicas CRISPR el siglo XXI está un paso más cerca del futuro que vemos en las películas de ciencia ficción». Pues como sea el futuro de las películas de ciencia ficción nos va a quedar un mundo muy bonito, si…

    1. Gabriel, se llama Mojica, no «Mújica» (presidente de Uruguay). Y la frase de Newton era una hipérbole contra Hooke (apareció en una carta dirigida a él fechada en 1676); Hooke era bajo y jorobado, y Newton le consideraba un «enemigo», así que le llamó «gigante» como una burla irónica (aprovechando que la frase ya se usaba con el sentido actual en textos más antiguos).

      1. Lo que tiene escribir rápido con el autocorrector!!

        Sobre lo de Newton, te recomiendo que te informes. Primero, la frase es anterior a Newton y se ha usado con el sentido que digo, y segundo la teoría de que la usó en plan mofa sólo es defendida por poca gente. Cuando la usó todavía tenía buena relación con Hooke.

  6. una gran injusticia Mojica es el Padre precursor de la técnica CRISPR , cuando vino a Argentina le otorgamos un Doctorado Honoris Causa por sus investigaciones saluda atte Prof Fernando Yaninello

  7. lo de la injusticia sobre Mójica quedando relegado del premio no tengo suficiente información. veo quizás algunas proyecciones de orgullo patrio que pueden tintar la objetividad. lo que si me atrevo a firmar es lo lamentable de nuestro sistema de R+D que no pudiera ayudar al siguiente paso de Mójica, enfocado a implementar tecnología con la consoguiente oportunidad de crear industeia y valor. Con ello no quiero despreciar la investigación básica (sería absurdo puesto que era el paso previo del propio Mójica)
    Vamos, quizás en lugar de preguntarse tanto de por qué no «nos han dado el premio» deberíamos canalizar la pregunta hacía qué cxxxo pasa con nuestro sistema de R+D. Sin el mismo seguiremos como siempre: dependiendo del sol, hasta que el cambio climático le apetezca.

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