CRISPR-Cas: Sistema Inmune de Procariontes

Study Notes

Es un sistema de defensa en procariontes que funciona como una librería de material genético.
El sistema CRISPR está compuesto por una matriz de ADN que se caracteriza por regiones de repetición corta alternadas con secuencias espaciadoras.
Las secuencias espaciadoras son fragmentos de ADN de invasores previos, como virus.
Cuando se produce una nueva invasión, la matriz CRISPR se transcribe a ARN, y cada secuencia espaciadora se convierte en un crRNA (ARN guía).
El crRNA se asocia a una proteína llamada Cas (CRISPR-associated), que tiene actividad nucleasa.
La proteína Cas utiliza el crRNA como guía para encontrar y degradar el material genético del invasor, protegiendo así a la bacteria.
Hay diferentes tipos de sistemas CRISPR-Cas, cada uno con una maquinaria y mecanismos específicos.

Tipo I: El crRNA se asocia al complejo Cascade sin actividad nucleasa. La unión del crRNA al DNA viral activa a Cas3, que degrada el DNA viral.
Tipo II: El crRNA se asocia a la Cas9 a través de un tracrRNA, formando un complejo que busca una secuencia PAM (protoespaciador adyacente al motivo de reconocimiento) y se une a una secuencia complementaria del crRNA. La Cas9 corta las dos hebras del DNA viral.
Tipo III: El complejo tipo III reconoce el ARN del genoma viral y activa a la proteína Csm6, que degrada el ARN viral, el ADN monocatenario viral y todo el ARN en la célula.

El sistema CRISPR-Cas9 se usa para editar el genoma, permitiendo modificar genes con mayor precisión que otros métodos.
La Cas9 es una nucleasa que se asocia a un ARN guía (sgRNA) para encontrar y cortar secuencias específicas de DNA.
El sgRNA se compone de dos partes: la parte constante, que se une a la Cas9, y la parte variable, que se une a la secuencia diana del DNA.
La Cas9 necesita un PAM (protoespaciador adyacente al motivo de reconocimiento) para unirse al DNA, generalmente 5´NGG.
Una vez que la Cas9 se une al DNA, corta las dos hebras, lo que activa la maquinaria de reparación del DNA.

Reparación por extremos no homólogos (NHEJ): Se produce al unir casualmente los extremos del DNA roto, lo que puede generar mutaciones Indel (inserciones o deleciones).
Reparación por homología dirigida (HDR): Se utiliza un templado homólogo para reparar el DNA dañado, lo que permite introducir cambios específicos en la secuencia.

La recombinación no homologa (NHEJ) es más común que la HDR.
Las mutaciones Indel que se generan por la NHEJ pueden interrumpir el marco de lectura y causar la pérdida de la función del gen.
La edición genética puede tener impactos no deseados en otros genes, por lo que es esencial analizar el resultado obtenido con CRISPR.

Modificación genética de organismos: El sistema CRISPR permite modificar genéticamente células en diferentes etapas del desarrollo, desde las células troncales embrionarias hasta las células somáticas de un organismo adulto.
Modificación en células: Se puede utilizar para insertar, eliminar o modificar genes específicos.
Ingeniería de proteínas: Para generar proteínas modificadas con funciones específicas.
Diagnóstico: Para detectar la presencia de secuencias específicas de DNA, como las que se encuentran en patógenos.
Control de la expresión génica: Para modular la expresión de genes a través de la activación o inhibición de la transcripción.
Edición epigenómica: Para modular la expresión de genes mediante la modificación de la estructura de la cromatina.

El sistema CRISPR es una herramienta poderosa para modificar el genoma, pero es esencial recordar que es un sistema complejo con posibles efectos secundarios.
Es fundamental realizar pruebas exhaustivas para garantizar que la edición genética sea precisa y segura.
El sistema CRISPR tiene un gran potencial para aplicaciones biomédicas, agrícolas y ambientales, pero es necesario abordar las preocupaciones éticas y regulatorias asociadas a su uso.