Hacia la revolución genética

La ciencia rara vez avanza gracias a una única persona

Los grandes descubrimientos suelen ser el resultado de preguntas que se cruzan, de conocimientos que se complementan y de personas capaces de reconocer en el trabajo de otras la pieza que faltaba para resolver un problema. A veces, esa colaboración es planificada; otras, surge de un encuentro inesperado. Y, en ocasiones, acaba cambiando para siempre la forma en que entendemos la vida. Es lo que ocurrió con Jennifer Doudna y Emmanuelle Charpentier, dos científicas cuyas trayectorias confluyeron para dar lugar a una de las herramientas más revolucionarias de la biología moderna: CRISPR-Cas9.

Paradójicamente, cuando hoy escuchamos las siglas CRISPR solemos pensar en edición genética, terapias innovadoras o incluso en la posibilidad de corregir enfermedades hereditarias. Sin embargo, la historia comenzó mucho más lejos de los hospitales y mucho más cerca de la curiosidad básica. Como ocurre con frecuencia en la ciencia, nadie estaba buscando exactamente aquello que acabó encontrando.

La historia

Jennifer Doudna (doctorada en la especialidad de química biológica y farmacología molecular en 1989 por la Facultad de Medicina de la Universidad de Harvard) llevaba años fascinada por una molécula que durante mucho tiempo había sido considerada una simple intermediaria entre el ADN y las proteínas: el ARN. Su laboratorio estudiaba cómo estas moléculas adoptan estructuras complejas y desempeñan funciones mucho más sofisticadas de lo que se había imaginado. Entender la forma de los ARN era, para Doudna, una manera de comprender cómo funciona la maquinaria íntima de la vida.

Al otro lado del Atlántico, Emmanuelle Charpentier (doctorada en microbiología en 1995 en el Instituto Pasteur de París) seguía un camino diferente. Estaba interesada en los mecanismos que utilizan las bacterias para sobrevivir en un entorno plagado de amenazas. Entre esas amenazas se encuentran los bacteriófagos, virus especializados en infectar bacterias. Durante años, Charpentier estudió cómo estos microorganismos reconocen y neutralizan a sus invasores.

A primera vista, ambas científicas parecían recorrer rutas paralelas. Una investigaba la estructura y la función del ARN. La otra estudiaba la biología de las bacterias patógenas. Sus campos se tocaban, pero no necesariamente estaban destinados a encontrarse. Sin embargo, la ciencia está llena de encuentros improbables.

En 2011 coincidieron en un congreso celebrado en Puerto Rico (la reunión anual de la American Society for Microbiology). Charpentier había identificado una pequeña molécula de ARN, denominada tracrRNA, que parecía desempeñar un papel fundamental en un sistema inmunitario bacteriano conocido como CRISPR. El hallazgo era prometedor, pero quedaban muchas preguntas abiertas. Comprender exactamente cómo funcionaba aquel mecanismo requería conocimientos profundos sobre ARN y biología molecular estructural. Doudna era precisamente una de las personas mejor preparadas del mundo para abordar ese problema.

Según relata Walter Isaacson en The Code Breaker (abajo encontraréis la información completa de este libro), la conversación entre ambas fue breve pero suficiente para reconocer el potencial de una colaboración. Charpentier aportaba una observación biológica extraordinaria; Doudna, la experiencia necesaria para descifrar su mecanismo molecular. Ninguna de las dos podía prever entonces que aquel encuentro acabaría transformando la investigación biomédica.

El inicio de la colaboración

Lo que siguió fue un ejemplo clásico de cómo funcionan las mejores colaboraciones científicas. No se trataba de que dos investigadoras hicieran exactamente lo mismo. Al contrario, cada una aportaba habilidades diferentes y complementarias. El grupo de Charpentier contribuía con el conocimiento microbiológico del sistema bacteriano. El laboratorio de Doudna aportaba herramientas bioquímicas y estructurales para reconstruir y comprender su funcionamiento. Juntos empezaron a desentrañar el mecanismo mediante el cual las bacterias utilizan fragmentos de ADN viral almacenados en su genoma como una especie de memoria inmunológica.

Cuando un virus vuelve a atacar, las bacterias producen pequeñas moléculas de ARN que reconocen específicamente el ADN invasor. Estas moléculas guían a una proteína llamada Cas9 hasta la secuencia viral, donde actúa como unas tijeras moleculares capaces de cortar el ADN del atacante. Lo extraordinario no era solo la elegancia del mecanismo. Lo verdaderamente revolucionario fue darse cuenta de que podía simplificarse.

Sistema CRISPR/Cas9: herramienta para editar genes que funciona como unas tijeras moleculares guiadas por un mapa. Utiliza un ARN guía para encontrar una letra exacta de ADN en la célula y la proteína Cas9 para cortar esa zona específica. Una vez hecho el corte, la propia célula lo repara introduciendo una mutación aleatoria si no se le da más información o una mutación con un propósito si se le da la plantilla, lo que permite apagar un gen defectuoso o pegar una secuencia nueva. Este esquema muestra cómo se ha introducido información genética que contiene el código para que la célula fabrique la proteína Cas9 y la secuencia de la plantilla para la reparación.

En 2012, Doudna, Charpentier y sus colaboradores publicaron un artículo histórico en el que demostraron que bastaba con diseñar un ARN guía adecuado para dirigir la proteína Cas9 hacia prácticamente cualquier secuencia de ADN deseada. En otras palabras, habían convertido un sistema inmunitario bacteriano en una herramienta programable para editar genes. La idea parecía casi demasiado sencilla. Si se podía dirigir Cas9 hacia una región concreta del genoma, entonces era posible cortar el ADN exactamente donde se quisiera. A partir de ahí, las propias células podían utilizar sus mecanismos de reparación para eliminar, modificar o insertar secuencias genéticas.

Durante décadas, la biología molecular había buscado herramientas capaces de editar genes con precisión. Existían tecnologías anteriores, pero eran complejas, costosas y difíciles de adaptar. CRISPR-Cas9 cambió radicalmente el panorama al ofrecer una solución relativamente simple, versátil y accesible. 

En muy pocos años, laboratorios de todo el mundo comenzaron a utilizar la nueva técnica. Se desarrollaron modelos animales de enfermedades humanas con una rapidez impensable hasta entonces. Se identificaron genes implicados en procesos biológicos complejos. Surgieron nuevas estrategias para tratar enfermedades genéticas. Incluso comenzaron a explorarse aplicaciones en agricultura, microbiología y biotecnología industrial. La magnitud del impacto fue tal que muchos compararon CRISPR con la invención de la reacción en cadena de la polimerasa (PCR), otra tecnología que transformó para siempre la investigación biomédica. Detrás de aquella revolución tecnológica seguía estando la historia de una colaboración.

Existe una tendencia a explicar los grandes avances científicos como si fueran el resultado del genio individual que descubre algo de pronto. Nos gustan las narraciones protagonizadas por héroes solitarios, por personas excepcionales que cambian el mundo gracias a una intuición brillante. Sin embargo, la realidad suele ser más compleja. La historia de Doudna y Charpentier recuerda que los descubrimientos más importantes suelen surgir cuando diferentes conocimientos se encuentran y se complementan. Ninguna de las dos llegó a CRISPR siguiendo exactamente el mismo camino. Ninguna poseía por sí sola todas las piezas necesarias para resolver el rompecabezas. Fue la combinación de perspectivas lo que permitió avanzar. Quizá por eso su historia resulta especialmente representativa de la ciencia contemporánea. Los grandes desafíos actuales rara vez pertenecen a una sola disciplina. Requieren colaboraciones que conecten áreas de conocimiento distintas y personas con experiencias diferentes. En cierto modo, la investigación moderna funciona cada vez más como un enorme trabajo colectivo.

La colaboración entre ambas científicas tampoco estuvo exenta de dificultades. El desarrollo posterior de CRISPR dio lugar a disputas de patentes multimillonarias y a intensos debates sobre la autoría de algunos avances. Otros investigadores, como Feng Zhang y numerosos grupos de investigación, contribuyeron decisivamente a adaptar la técnica a células eucariotas y a expandir sus aplicaciones. Sin embargo, incluso en medio de aquellas controversias, la comunidad científica reconoció ampliamente el papel fundamental desempeñado por Doudna y Charpentier en el descubrimiento original.

El premio Nobel

Ese reconocimiento alcanzó su máxima expresión en 2020, cuando ambas recibieron conjuntamente el Premio Nobel de Química. Fue un acontecimiento histórico por varios motivos. No solo porque premiaba una de las tecnologías más influyentes del siglo XXI, sino también porque era la primera vez que un Nobel científico se otorgaba exclusivamente a dos mujeres. La imagen de Doudna y Charpentier compartiendo el máximo galardón científico representa algo poco habitual en la historia de la ciencia: una colaboración que llegó junto hasta la meta y recibió conjuntamente el reconocimiento por ello. Y quizá por eso su historia resulta especialmente valiosa. Porque no todas las colaboraciones científicas tuvieron un desenlace tan justo.

Por eso la historia de Jennifer Doudna y Emmanuelle Charpentier merece ser contada también desde esta perspectiva. No solo porque juntas impulsaron una revolución biológica, sino porque representan una excepción esperanzadora en una larga tradición de reconocimientos desiguales. Su colaboración no terminó con una de ellas desapareciendo en las notas al pie de la historia. Terminó con ambas compartiendo escenario, premio y un lugar en la memoria colectiva de la ciencia. Como ocurre en las mejores colaboraciones, ninguna llegó sola a la meta. Y precisamente por eso avanzaron mucho más lejos.

En colaboración con @hypatiacafe con el tema #PVrecuperados 

Lectura interesante

The code breaker o El código de la vida: Jennifer Doudna, la edición genética y el futuro de la especie humana.

Sinopsis

Walter Isaacson vuelve a fascinarnos, esta vezcon la historia de Jennifer Doudna, Premio Nobel de Química 2020, y el avance científico más importante del último siglo. 

Hay una revolución en marcha, una tecnología prodigiosa que nos va a permitir curar enfermedades, derrotar virus y tener hijos más sanos. A su cabeza está la reciente premio Nobel Jennifer Doudna y sus colegas, protagonistas del nuevo libro de Walter Isaacson.

Aunque su profesor de instituto le advirtió que las niñas no podían ser científicas, su búsqueda apasionada de los mecanismos ocultos de la vida y su voluntad por convertir descubrimientos en inventos llevaron a Jennifer Doudna a participar en el avance más importante en el ámbito de la biología desde el descubrimiento de la doble hélice del ADN. Con su equipo, transformó una curiosidad de la naturaleza en una herramienta que cambiará el rumbo del ser humano. El CRISPR, una técnica fácil de usar que permite modificar el ADN, lo que abre un mundo nuevo de milagros médicos pero también de cuestiones morales. El desarrollo del CRISPR (y la carrera por encontrar la vacuna del coronavirus) acelerarán nuestra transición a la siguiente gran revolución. Los últimos cincuenta años han sido una era digital basada en el microchip, el ordenador e internet. Ahora comienza la revolución de las ciencias de la vida. A los estudiantes de código digital se les unirán los que estudian el código genético.

¿Deberíamos usar nuestras nuevas capacidades para hacernos menos vulnerables a los virus? ¿Y para prevenir la depresión? ¿Deberíamos aceptar que las familias que se lo puedan permitir mejoren la constitución física o la inteligencia de sus hijos? Tras dirigir el equipo que descubrió la tecnología CRISPR, Doudna ha liderado los debates en torno a estas cuestiones morales. Obtuvo, junto con su colaboradora Emmanuelle Charpentier, el Premio Nobel de Química en 2020. Su historia es una apasionante aventura que atraviesa las maravillas más profundas de la naturaleza, de los orígenes de la vida al futuro de nuestra especie.