EL	SISTEMA	INMUNE	BACTERIANO	(CRISPR),	UNA	HERRAMIENTA	UNIVERSAL	EN	LA	
EDICIÓN	DE	GENOMAS

Realizado	por	Ana	San	Félix	García-Obregón, DNI	51501774-J.	Facultad	de	Farmacia.		
Convocatoria	21	de	junio	2017

FUNCIONAMIENTO	BÁSICO:	SISTEMA	CRISPR/Cas	TIPO	II

El locus CRISPR está constituido por un conjunto de repeticiones palindrómicas cortas de DNA (cajas negras)
separadas por espaciadores provenientes de un fago o plásmido (cajas coloreadas). Este conjunto de
repeticiones-espaciadores está flanqueado por un operón de genes asociados a CRISPR denominados genes Cas
(Cas9 en azul, Cas1 y Cas2 en naranja) que codifican la maquinaria de inmunización 2,6.

Fases de la inmunidad CRISPR-Cas.

• Fase 1 de inmunización: las secuencias espaciadoras similares a las del DNA del fago o plásmido invasor son
integradas en la primera posición de la región CRISPR, de manera que se obtenga resistencia a invasiones
futuras 2,6.

• Fase 2 de inmunidad: los espaciadores son empleados para detectar el DNA invasor con una secuencia
similar. El pre-crRNA es procesado para obtener los crRNAs maduros que servirán como guía. Primero, el
tracrRNA hibrida con las secuencias repetidas del pre-crRNA. Después, la RNasa III endógena corta liberando
los crRNAs maduros que permanecen asociados con el tracrRNA y Cas9. El complejo corta en los
protoespaciadores del DNA invasor con secuencias similares al crRNA 2,6.

INTRODUCCIÓN
El descubrimiento del sistema CRISPR/Cas ha supuesto un gran avance en el mundo de la edición genómica.
Originalmente, constituye el sistema inmunitario adaptativo de los organismos procariotas mediado por un grupo
de repeticiones palindrómicas cortas agrupadas e interespacidas (CRISPR) que les confiere resistencia a diferentes
virus y plásmidos. Está técnica permite manipular el genoma celular de formas nunca vistas hasta el momento
empleando nucleasas guiadas por RNA, como es el caso de la nucleasa Cas9; de una forma sencilla, rápida y
específica actuando directamente sobre genes endógenos de interés en múltiples organismos diferentes que hasta
el momento habían sido imposibles de manipular genéticamente.

OBJETIVOS	
Este trabajo se ha realizado con el fin de dar a conocer una de las técnicas pioneras en edición genómica que ha
evolucionado enormemente en los últimos años, introduciendo su historia, mecanismo molecular y posibles
aplicaciones.

METODOLOGÍA
Se ha recopilado información de diferentes artículos adquiridos en las bases de datos de PubMed, Bucea y Google
Schoolar. Estos artículos se han seleccionado empleando las palabras clave: CRISPR, genome edition, Gene Drive,
Cas9, dCas9, crRNA, tracrRNA, immunitary system, applications.

BREVE	HISTORÍA	DEL	CRISPR	
La primera descripción conocida del sistema CRISPR fue en 1987 tras la secuenciación del gen iap de
Escherichia coli. Sin embargo, no fue hasta 1993 cuando el español Francisco Mojica describió una serie de
secuencias palindrómicas repetidas con estructura similar en diferentes especies procariotas y planteó su
posible función en la resistencia a fagos de estos microorganismos. Desde ese momento las aportaciones
al desarrollo del sistema CRISPR han sido innumerables, llegando ha demostrar en agosto de 2012 por
Jennifer Doudna y Emmanuelle Charpentier el potencial del sistema CRISPR-Cas9 para “cortar y pegar”
genes con elevada eficacia. Además, en 2013, Feng Zhang consiguió adaptar el sistema CRISPR/Cas para
emplearlo en la edición del genoma humano en células vivas 1.

EDICIÓN	GENÓMICA
La expresión celular de Cas9 y de sgRNA permite actuar
sobre secuencias específicas del genoma provocando la
pérdida o ganancia de la función de un gen, además de
mutaciones o correcciones de diferentes genes. Esto
permitirá la modulación de las enfermedades así como el
desarrollo de técnicas diagnósticas y terapéuticas de las
mismas 3.

CONTROL	DE	POBLACIONES:	GENE	DRIVE
La técnica Gene Drive para el control de plagas se basa en genes de endonucleasas
“homing” capaces de cortar en lugares específicos del cromosoma e introducir la
secuencia de un gen por recombinación homóloga de forma que sea transmitido a la
descendencia. El objetivo es reducir el número de miembros de la población diana
causando letalidad o infertilidad. Además, posee un gran interés en la profilaxis de la
malaria, ya que permite eliminar o sustituir los genes responsables de la transmisión de
la enfermedad 5.

MODULACIÓN	TRANSCRIPCIONAL	Y	EDICIÓN	
EPIGENÓMICA	

Se emplea Cas9 sin la actividad endonucleasa (dCas9). De esta manera se
consigue la inhibición de la transcripción génica por impedimento estérico, o
su activación empleando un activador transcripcional; permitiendo controlar
la transcripción de genes endógenos. Además, fusionando dCas9 con una
enzima que actué sobre marcadores epigenéticos, se puede modificar el
epigenoma y, así, controlar la expresión génica 4.

RuvC
HNH

BIBLIOGRAFÍA
1. Lander	ES.	The	Heroes	of	CRISPR.	Vol.	164,	Cell.	2016.	p.	18–28.	

2. Marraffini LA.	CRISPR-Cas immunity	in	prokaryotes.	Nature.	2015;526(7571):55–61.	

3. Wang	H,	La	Russa M,	Qi	LS.	CRISPR/Cas9	in	Genome	Editing	and	Beyond.	Annu Rev	Biochem.	2016;85(1):227–64.	

4. Wang	X,	Huang	X,	Fang	X,	Zhang	Y,	Wang	W.	CRISPR-Cas9	System	as	a	Versatile	Tool	for	Genome	Engineering	in	Human	Cells.	Mol Ther Acids.	
2016;5(11):e388.

5. Esvelt KM,	Smidler AL,	Catteruccia F,	Church	GM.	Concerning	RNA-guided	gene	drives	for	the	alteration	of	wild	populations.	Elife.	2014;3:e03401.

6. Mali	P,	Esvelt KM,	Church	GM.	Cas9	as	a	versatile	tool	for	engineering	biology.	Nat	Methods.	2013;10(10):957–63.

CONCLUSIONES
El descubrimiento del sistema CRISPR/Cas ha supuesto un gran avance en
ingeniería biológica al combinar en el mismo espacio-tiempo las tres
moléculas más importantes: DNA, RNA y proteínas.

Permite el estudio y la manipulación del genoma de gran variedad de
organismos, incluyendo el genoma humano, obteniendo resultados más
exactos de forma más rápida y sencilla, lo que lleva a que cada vez sean más
sus posibles aplicaciones.

Por otro lado, todavía quedan por discutir las posibles repercusiones
ambientales y éticas que podría tener la manipulación de secuencias génicas
en diferentes especies.

APLICACIONES