Ejercicio resuelto de Biología · 2025

El sistema de edición CRISPR/Cas9 ha adquirido una gran importancia durante los últimos años. Este avance fue clave para conceder el Premio Nobel de Medicina a Emmanuelle Charpentier y Jennifer Doudna en 2020. Sin embargo, su descubridor, el microbiólogo español Francis Mojica, no fue reconocido de la misma forma. a) Explique el proceso natural en el que se basa esta tecnología. b) Describa de un modo simple su funcionamiento adaptado para la edición genética, indicando la naturaleza y la función de las tres moléculas señaladas en la figura. [1,25 puntos]

$\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{Explique}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{proceso}}\mathbf{\text{natural}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{basa}}\mathbf{\text{esta}}\mathbf{\text{tecnolog}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{a.}}$

CRISPR-Cas9 no se inventó de la nada: es la adaptación de un mecanismo de defensa que las bacterias y las arqueas usan contra los virus, y que Francis Mojica describió estudiando la arquea Haloferax mediterranei en las salinas de Santa Pola.

En el genoma de muchos procariotas hay unas regiones formadas por secuencias repetidas cortas separadas por fragmentos distintos entre sí. Esas regiones se llaman CRISPR, siglas de repeticiones palindrómicas cortas agrupadas y regularmente espaciadas, y junto a ellas se encuentran los genes cas, que codifican nucleasas.

El sistema funciona como una memoria inmunitaria en tres pasos. Cuando un virus infecta a la bacteria y esta sobrevive, unas proteínas Cas recortan un pedacito del ADN vírico y lo insertan en la región CRISPR como un espaciador nuevo: es la adquisición, el archivo del recuerdo. A partir de entonces la bacteria transcribe la región CRISPR, y el transcrito se procesa en ARN pequeños, cada uno con la secuencia de un espaciador: es la expresión. Y si el mismo virus vuelve a infectarla, uno de esos ARN, unido a la proteína Cas9, reconoce por complementariedad el ADN vírico, guía hasta él a la nucleasa y esta lo corta, inactivando la infección: es la interferencia.

Se trata, por tanto, de una inmunidad adquirida, específica y con memoria, en un organismo procariota, algo que hasta su descubrimiento se creía exclusivo de los vertebrados.

$\mathbf{\text{b)}}\mathbf{\text{Describa}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{un}}\mathbf{\text{modo}}\mathbf{\text{simple}}\mathbf{\text{su}}\mathbf{\text{funcionamiento}}\mathbf{\text{adaptado}}\mathbf{\text{para}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{edici}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{gen}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{tica,}}\mathbf{\text{indicando}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{naturaleza}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{funci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{tres}}\mathbf{\text{mol}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{culas}}\mathbf{\text{se}}\widetilde{\mathbf{\text{n}}}\mathbf{\text{aladas}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{figura.}}$

Para editar genes se aprovecha justamente la última etapa, la de interferencia, cambiando el objetivo: en lugar de dejar que el ARN guía apunte a un virus, se diseña en el laboratorio un ARN guía complementario del punto del genoma que se quiere modificar. Ese ARN y la Cas9 se introducen en la célula, el ARN encuentra su secuencia diana por complementariedad de bases, la Cas9 corta las dos hebras del ADN justo ahí y la maquinaria de reparación de la propia célula termina el trabajo: si se la deja reparar uniendo los extremos sin más, suele perder o ganar bases y el gen queda inactivado, y si se le suministra al mismo tiempo un molde de ADN con la secuencia correcta, lo usa para reparar por recombinación homóloga y la mutación queda corregida. La precisión la aportan el ARN guía y una secuencia corta contigua a la diana, llamada PAM, que la Cas9 necesita reconocer para cortar.

Las tres moléculas de la figura son:

$\text{Mol}\acute{\text{e}}\text{cula}$	$\text{Naturaleza}$	$\text{Funci}\acute{\text{o}}\text{n}$
1	ADN de doble cadena: la secuencia diana del genoma que se quiere editar	Es el sustrato. Sus dos hebras se separan localmente y una de ellas se aparea con el ARN guía
2	Proteína Cas9, una endonucleasa	Actúa como tijeras moleculares: corta las dos hebras del ADN en el punto al que la ha llevado el ARN guía
3	ARN guía, de una sola cadena, con una horquilla por autoapareamiento	Reconoce la secuencia diana por complementariedad de bases y conduce hasta ella a la Cas9. Es la pieza que se diseña a medida y la que da especificidad al sistema

En el dibujo se aprecia bien el reparto de papeles: el ARN guía se aparea con una de las hebras del ADN desplazando a la otra, y la Cas9 los envuelve a los dos y corta. La horquilla del ARN es el andamio por el que la proteína lo reconoce y lo sujeta.