La comunicació de l’edició genètica

La comunicació és essencial en tots els àmbits de la societat, però en ciència és una de les claus ineludibles. Comunicar és compartir, mostrar, ensenyar, traslladar els descobriments, observacions i troballes tant a col·legues com a la societat en general. Per això una bona comunicació sempre ha d’acompanyar la bona ciència. Les eines d’edició genètica CRISPR ens permeten modificar el genoma de qualsevol organisme viu, incloent-hi la nostra espècie, a voluntat. En aquest article revise diferents aspectes comunicatius rellevants que han ocorregut durant la curta però intensa vida d’aquestes tisores moleculars, així anomenades per la seua capacitat de tallar la molècula d’ADN de manera efectiva i molt precisa.

Paraules clau: CRISPR, expectatives, interpretació, incertesa, comunicació de la ciència.

«Alguna cosa hem hagut d’explicar malament si assumim que l’edició genètica va començar amb les CRISPR»

Els orígens

Llegint l’explosió de textos que han aparegut en els últims quatre o cinc anys sobre les eines d’edició genètica CRISPR (sigles en anglès de clustered regularly interspaced short palindromic repeats, “repeticions palindròmiques curtes agrupades i regularment es­paiades”) es podria pensar que abans de 2012 aquestes no existien, que van aparèixer de sobte, com per casualitat. No obstant això, en ciència no hi ha res casual.

En 2012 dos equips d’investigació van proposar que el sistema CRISPR que servia els bacteris per a defensar-se dels virus podria servir per a modificar la seqüència d’ADN de qualsevol organisme. L’investigador lituà Virginijus Siksnys (a sota) va aplegar les seues observacions i les va enviar a una revista. Jennifer Doudna (dalt) i Emmanuelle Charpentier (a sota) van arribar a la mateixa conclusió però van aconseguir que el seu article fóra publicat en una altra revista, de gran prestigi, un parell de mesos abans que el treball de Siksnys. / © The Royal Society / Duncan Hull

Tenim un problema important de comunicació en la història inicial de les eines d’edició genètica si la reduïm als últims cinc anys. Podem buscar diferents orígens però l’edició genètica —és a dir, la modificació precisa i específica de seqüències genètiques a voluntat de l’investigador— comença el 1985 amb Oliver Smithies, el teòric de la recombinació homòloga, l’estudiós que va investigar com aconseguir que una seqüència d’ADN s’intercanvie amb una altra essencialment idèntica, arrossegant qualsevol altra que estiguera adherida a la inicial. Smithies va veure que tallant la seqüència d’ADN que es pretenia integrar en el gen homòleg corresponent (en la seqüència del genoma que compartia les mateixes lletres que la molècula donant) s’aconseguia augmentar de manera molt significativa la possibilitat d’inserció correcta (Smithies, Gregg, Boggs, Koralewski i Kucherlapati, 1985). Smithies va ser un dels tres investigadors guardonats amb el Premi Nobel de Medicina en 2007 per descriure el mètode que permet inactivar de manera específica els gens de ratolí usant les cèl·lules troncals pluripotents embrionàries, les erròniament anomenades (en espanyol, català i gallec) cèl·lules «mare», terme que ha triomfat en comunicació i que fins i tot els científics espanyols usen amb regularitat, quan, en realitat, la traducció més literal de l’anglès stem (“tija”) cells seria “cèl·lules troncals”.

Anys més tard investigadors francesos de l’Institut Pasteur van traslladar l’observació de Smithies al mateix genoma i van descobrir uns enzims, les anomenades meganucleases, que podien tallar el genoma en un lloc precís, de manera única. Després d’aquestes vindrien a partir de 2001 les nucleases de dits de zinc (zinc-finger nucleases, ZFN per les seues sigles en anglès), que van saltar als mitjans de comunicació a partir de 2009, quan es van usar per a dirigir la inactivació específica de gens de rata per primera vegada. Dos anys més tard es redescobririen altres enzims, aquesta vegada existents en la naturalesa, denominats nucleases efectores de tipus activador de transcripció o TALEN (per les sigles en anglès de transcription activator-like effector nucleases), que usen uns microorganismes patògens de plantes per a aconseguir revertir el metabolisme de les cèl·lules que infecten en benefici seu. Les TALEN van tenir el seu moment de glòria fins al 2013, quan es van usar per primera vegada les eines CRISPR en experiments d’edició genètica en cèl·lules de mamífer, en concret en cèl·lules humanes (Fernández, Josa i Montoliu, 2017). I fins avui. Així doncs, alguna cosa hem explicat malament si assumim que l’edició genètica va començar amb les CRISPR.

La comunicació d’avenços en ciència bàsica sol interessar relativament poca gent. En general, només aquells que treballen específicament en el camp en el qual es produeixen les troballes. És increïble pensar que avenços tan rellevants en edició genètica van passar pràcticament desapercebuts per al gran públic durant quasi trenta anys.

Virginijus Siksnys / © Gie2016

CRISPR

I què succeeix amb les CRISPR? Les vam conèixer en 2013, per mitjà de les seues aplicacions espectaculars, inesperades, que van sorprendre i van espantar per igual, però també feia més de vint-i-cinc anys que la teníem amb nosaltres. Per què va fallar la comunicació? Per què no els dediquem l’espai i interès que mereixien des de molt abans? De nou és un cas de coneixement bàsic especialitzat, de descobriments que no aconseguim llegir des d’un altre angle, fins que ens mostren una utilitat sorprenent que ens canvia la vida.

El 1987 uns microbiòlegs japonesos descobreixen una seqüència d’ADN repetitiva investigant un fragment del cromosoma del bacteri Escherichia coli, que habita els nostres intestins. Reporten aquesta raresa en la seua publicació però no li donen major significat. Altres microbiòlegs holandesos també troben seqüències d’ADN en blocs repetitius en un altre bacteri, Mycobacterium, que causa la tuberculosi i que evolutivament està molt allunyat de l’anterior, i decideixen usar aquestes repeticions en el genoma per a classificar diferents aïllats del bacteri (que tenien distint nombre de repeticions).

Emmanuelle Charpentier / © Bianca Fioretti, Hallbauer i Fioretti

A començament dels anys noranta, Francisco Juan Martínez Mojica (Francis Mojica) realitza els experiments conduents a la seua tesi doctoral amb uns microorganismes anomenats arqueus que viuen en ambients extrems, com les salines de Santa Pola (Alacant). Els arqueus són procariotes (microorganismes unicel·lulars que no tenen nucli) com els bacteris, però són molt distints entre si. Mojica troba en un arqueobacteri unes repeticions semblants a les reportades pels seus col·legues japonesos i holandesos en Escherichia i Mycobacterium. I pensa que si tres organismes tan allunyats evolutivament entre si comparteixen unes mateixes seqüències repetitives, segurament són rellevants, compleixen alguna funció perquè l’evolució les haja preservat en microorganismes tan dispars. I decideix dedicar la resta de la seua vida professional a entendre-les. Aquesta decisió és la que posa les CRISPR (nom que encunya Mojica en 2001 per a aquestes repeticions de seqüències) en la senda de convertir-se en les eines més transformadores de la biologia. Mentrestant, el gran públic i la resta d’investigadors no relacionats amb les CRISPR ignoren que s’està gestant una revolució que esclatarà dotze anys després.

«Doudna i Charpentier van registrar la seua patent abans que Zhang, però va ser aquest qui va demostrar per primera vegada que les eines CRISPR funcionaven per a l’edició genètica»

En 2003, Mojica té el seu gran moment eureka. Revisant els segments de seqüència d’ADN únics que hi ha entre les repeticions (anomenats fins llavors «separadors») troba similituds amb la seqüència del genoma d’uns bacteriòfags, uns virus que infecten els bacteris. I, fet que és encara més rellevant, s’adona que aquells bacteris que porten fragments del genoma de determinats virus són curiosament resistents (immunes!) a la infecció pels mateixos virus. En altres paraules: acaba de descobrir un sistema immunològic en els bacteris, que és adaptatiu, que aprèn i que és de base genètica, és a dir, que es transmet de bacteris mares a filles. Confirma aquesta observació en altres bacteris i escriu un article que envia successivament a les millors revistes científiques. Aquestes, però, rebutgen publicar les seues observacions. Novament, un greu problema de comunicació i una enorme fallada del sistema de publicacions. De revista en revista, de rebuig en rebuig, transcorren tres anys fins que en 2005 acaba publicant les seues dades en una revista digna però menor, fora de les grans portades, allunyada dels focus (Mojica, Díez-Villaseñor, García-Martínez i Soria, 2005). L’exercici de comunicar els seus increïbles resultats li costa quasi la vida professional a Mojica i quan aconsegueix publicar-los són, de nou, àmpliament ignorats per la comunitat científica i per la societat. És un article més en una altra revista de tantes.

Dos anys més tard, en 2007, uns investigadors francesos van realitzar l’experiment que no va poder fer ell: transferint els segments de seqüències semblants als genomes de virus entre diferents bacteris van aconseguir transmetre també la resistència a aquests virus i van verificar experimentalment l’observació inicial de Mojica. Aquesta publicació, però, encara no seria prou per a desfermar la caixa dels trons de l’edició genètica.

En la comunicació dels resultats, la forma i el temps en què es comuniquen, el paper de qui explica la història i els canals de comunicació que s’utilitzen tenen conseqüències rellevants per a tot el procés. / © Sean Winters

En 2012 ja s’havia acumulat molt coneixement sobre els sistemes CRISPR. Feia més de vint anys que Mojica els havia descobert en arqueus i diversos col·legues seus s’havien encarregat d’anar descrivint els elements constituents d’aquest sistema de defensa bacterià. Dos equips d’investigació van proposar que el mateix sistema CRISPR que servia els bacteris per a defensar-se dels virus podria servir per a modificar, a voluntat, la seqüència d’ADN de qualsevol organisme, de plantes i animals, fins i tot en humans. Probablement qui primer es va adonar d’aquesta nova aplicació dels elements que constitueixen el sistema CRISPR va ser un investigador lituà, Virginijus Siksnys, que va arreplegar les seues observacions i les va enviar a una revista que acabaria demorant la publicació d’aquestes (Gasiunas, Barrangou, Horvath i Siksnys, 2012). Entre tant, la circumstancial col·laboració entre dues investigadores, Jennifer Doudna i Emmanuelle Charpentier, que fins llavors havien treballat independentment, i que no tornarien a treballar juntes, unides per l’investigador postdoctoral que codirigien, permet que arriben a la mateixa conclusió que el científic de Vílnius. Però, a diferència d’ell, utilitzen la seua posició privilegiada i aconsegueixen que el seu article, enviat a publicar després del de Siksnys, acabe sent publicat en una altra revista, de gran prestigi, en un temps rècord, un parell de mesos abans que el treball de Siksnys (Jinek et al., 2012). Aquesta estratègia de comunicació porta a l’Olimp les dues investigadores i condemna a l’ostracisme el microbiòleg lituà, que pocs recordaran a partir de llavors. De nou un problema important de comunicació.

Les xarxes socials i l’anomenada ciència oberta (open science), per mitjà d’articles publicats en blogs, han esdevingut essencials per a descobrir la falsedat d’alguns resultats. / © Greg Emmerich

Naturalment la institució on treballen les dues investigadores en aquell moment decideix protegir els drets industrials d’utilització de les eines CRISPR d’edició genètica abans de publicar les seues observacions, enterament realitzades en el laboratori i en bacteris. Així, la Universitat de Berkeley va registrar una sol·licitud de patent. No obstant això, el seu article en Science d’agost de 2012 no demostra que aquestes eines CRISPR es puguen usar per a editar gens en cèl·lules de mamífer, en cèl·lules humanes. Només ho proposa.

Uns mesos després, entra en escena Feng Zhang, un investigador de l’Institut Broad, del MIT (Massachusetts Institute of Technology) a Boston, que és qui demostra, al gener de 2013, per primera vegada que, efectivament, les eines CRISPR dels bacteris poden servir com a editors genètics en cèl·lules humanes (Cong et al., 2013). El seu treball coincideix amb el d’un altre investigador, George Church, també de Boston, amb qui publica les seues troballes en el mateix número de la revista Science (Mali et al., 2013). L’Institut Broad, naturalment, també protegeix les troballes del seu investigador, cursant la corresponent sol·licitud de patent, a finals de 2012, mesos després que l’hagueren presentat les investigadores Doudna i Charpentier. En aquell moment es produeix un fet insòlit, que marcarà de manera irreversible la història posterior de les CRISPR. Broad opta per usar un sistema d’avaluació de patents ràpid, per a la qual cosa ha de pagar una bona quantitat i no obstant això més arriscat, sense possibilitat d’esmena. Coincideix aquest fet amb un canvi substancial en l’Oficina de Patents nord-americana, que deixa d’atorgar les patents a qui «primer registra una idea» sinó a qui «primer demostra la seua utilització». Doudna i Charpentier van registrar la seua patent abans que la de Zhang, però aquest últim és qui va demostrar per primera vegada que les eines CRISPR funcionaven per a l’edició genètica.

L’Oficina de Patents va concedir en 2014 la patent a l’Institut Broad. La Universitat de Berkeley va presentar una demanda per invasió de patent, atès que consideraven que Zhang els havia copiat la idea o, almenys, s’havia basat en els seus experiments per a poder demostrar l’ús de CRISPR en cèl·lules humanes. Zhang i el Broad es van defensar indicant que ells seguien una via paral·lela que quasi va coincidir en el temps amb la de Doudna i Charpentier. Finalment, a començament de 2017, un tribunal als EUA va rebutjar la demanda d’invasió de Berkeley i va confirmar que el propietari de la patent era l’Institut Broad. Aquest litigi es va veure complicat amb l’aparició d’una revisió sobre el tema, escrita per Eric Lander, director del Broad, qui obertament va prendre partit per Feng Zhang, investigador del seu centre i va desdibuixar el paper representat per Doudna i Charpentier (Lander, 2016). L’article va ser contestat per les investigadores en altres mitjans (Vence, 2016).

De nou la comunicació dels resultats, la forma i el temps en què es comuniquen, el paper de qui explica la història i els canals de comunicació que s’utilitzen tenen conseqüències rellevants per a tot el procés.

«El salt dels experiments preclínics, amb animals de laboratori, a clínics, amb pacients, ha de fer-se amb la màxima cautela»

La comunicació de CRISPR

L’any 2013 no sols es demostra l’eficàcia de les CRISPR per primera vegada per a editar cèl·lules humanes o de ratolí, sinó que s’usen de manera pionera per a produir ratolins i peixos zebra mutants. Tots aquests descobriments i aplicacions apleguen moltes troballes, de ciència bàsica, realitzades des dels anys vuitanta per microbiòlegs, bioquímics i biòlegs moleculars. Van ser ells els que, amb els seus treballs anteriors, van permetre que la nova tecnologia s’escampara de cap a cap del món (Mojica i Montoliu, 2016).

L’any 2013 no sols es demostra l’eficàcia de les CRISPR per primera vegada per a editar cèl·lules humanes o de ratolí, sinó que s’usen de manera pionera per a produir ratolins i peixos zebra mutants. / © SforResearch

Les eines CRISPR s’han usat des de 2013 en pràcticament tots els camps, des de la biologia a la biotecnologia, passant per la biomedicina. Precisament en aquest camp, a començament de 2016 es van publicar tres articles independents, però relacionats, que proposaven una nova via d’administració de les eines ­CRISPR en animals de laboratori, en ratolins model d’una malaltia degenerativa greu, com és la distròfia muscular de Duchenne (Nelson et al., 2016). En aquests treballs es va comunicar, per primera vegada, que era possible restaurar el gen mutat causant d’una malaltia congènita en un nombre significatiu de cèl·lules de l’òrgan afectat, les fibres musculars en aquest cas, obrint la possibilitat d’usar CRISPR com a eines de teràpia gènica somàtica, per a corregir la mutació en les cèl·lules afectades. Sens dubte la comunicació d’aquests treballs ha generat unes enormes expectatives entre els milions de pacients afectats, arreu del món, per alguna malaltia de base genètica. No obstant això, el salt dels experiments preclínics, amb animals de laboratori, a clínics, amb pacients, ha de fer-se amb la màxima cautela. Encara no controlem bé el procés de correcció dels gens mutats. La precisió de les eines CRISPR no es reprodueix en els sistemes de reparació cel·lulars que s’encarreguen de restaurar el tall en l’ADN. Aquests sistemes de reparació són propensos a generar molta variabilitat genètica, molts tipus diferents de molècules d’ADN, entre els quals sol haver-hi la seqüència correcta desitjada, però que no apareix de forma única. Aquesta incertesa, aquesta indeterminació genètica en la correcció de les mutacions en gens específics, es pot constatar perfectament en qualsevol experiment d’edició genètica realitzat en animals, en ratolins (Seruggia, Fernández, Cantero, Pelczar i Montoliu, 2015) i també en embrions humans (Liang et al., 2015).

© Concha Molina

Experiments molt recents semblen suggerir que el mosaïcisme (coexistència en un mateix individu de dues o més poblacions de cèl·lules amb distinta composició genètica) podria controlar-se en embrions humans, encara que el treball pioner en què es va descriure la correcció genètica de la mutació en un gen associat a una cardiomiopatia congènita (Ma et al., 2017) ha estat ja contestat per diversos laboratoris que han suggerit explicacions alternatives, menys optimistes, per a explicar aquesta aparent eliminació de la incertesa genètica. És possible que el mateix sistema de correcció genètica haja inhabilitat la possibilitat d’analitzar les mutacions de la forma en què els investigadors inicialment ho van plantejar, fent-los creure que la mutació estava corregida en el gen, quan en realitat eren incapaços de detectar el gen mutat (Egli et al., 2017). De nou, un tema de comunicació d’uns possibles avantatges i solucions a un problema genètic potser haurà de revisar-se a la llum de nous resultats i noves interpretacions de resultats anteriors.

D’altra banda, hi ha la possibilitat que les eines ­CRISPR tallen l’ADN en seqüències semblants, no idèntiques, a les inicialment planejades. Aquesta possibilitat ha anat reduint-se a mesura que s’anaven dissenyant guies més específiques amb programes bio­informàtics més poderosos. De fet, aquests talls en altres llocs del genoma són molt rars o inexistents en experiments en animals (Seruggia et al., 2015). Per això va sorprendre tant la publicació d’uns investigadors nord-americans, apareguda a mitjan 2017, en la qual es relatava l’existència de milers de mutacions inesperades en ratolins després d’un experiment d’edició genètica amb CRISPR (Schaefer et al., 2017). La difusió d’aquest article va desfermar una gran polèmica internacional, perquè desactivava totes les esperances terapèutiques posades en mans de les CRISPR. Qui voldria usar una estratègia terapèutica associada a l’aparició de milers de mutacions de manera inesperada, descontrolada?

© Agencia Sinc

Aquest nou problema de comunicació va arribar a afectar el valor de les accions de les empreses que cotitzen en borsa i es dediquen a l’edició genètica, que es van desplomar davant d’uns resultats tan negatius. Només que no eren certs. Van passar pocs dies fins que van començar a acumular-se les evidències i explicacions alternatives que demostraven que els autors haurien usat el genoma de ratolins diferents dels inicialment usats en l’experiment d’edició genètica per a analitzar les seqüències d’ADN (Iyer et al., 2018). I, com que eren distints, tots els canvis que es posaven de manifest i que es van atribuir en la publicació a problemes d’especificitat derivats de l’ús de les eines CRISPR tenien una explicació molt més senzilla: s’havia usat informació genètica errònia, d’un altre tipus de ratolins molt semblant, però no idèntic, a l’usat en l’experiment inicial. En aquest cas, les eines de comunicació social, les xarxes socials, els blogs, van ser essencials per a contrarestar i proposar ràpidament una explicació alternativa als aparents resultats negatius reportats per l’article. Així, en poques setmanes s’havia passat de l’esglai inicial al rubor i cert ridícul dels investigadors implicats, l’error de principiants dels quals en comparar dues soques de ratolí distintes va estar a punt de destronar totalment les eines CRISPR del lloc privilegiat que ocupaven, i continuen ocupant, en el tractament de malalties de base genètica, per a la teràpia gènica.

També les xarxes socials i l’anomenada ciència oberta (open science), a través d’articles publicats en blogs, van ser essencials per a descobrir la falsedat d’uns resultats que va publicar al maig de 2016 un equip investigador xinès, que va anunciar haver descobert unes noves eines d’edició genètica aparentment molt millors que les CRISPR. Però la nova eina, denominada NgAgo, només pareixia funcionar en el laboratori que la va descriure. En dos mesos només ja van aparèixer les primeres crítiques en diversos blogs i poc de temps després tots els investigadors del món estaven comprovant que els resultats publicats no eren reproduïbles (Khin, Lowe, Jensen i Burgio, 2017). Finalment, a l’agost de 2017, davant del clamor general suscitat, la revista va retirar la publicació.

© Concha Molina

Xina no sols ha estat esguitada per fraus com el cas NgAgo. Des d’aquest país han arribat també els experiments pioners realitzats amb CRISPR sobre embrions humans (Liang et al., 2015), explorant els límits de la tècnica a fi de corregir determinades mutacions i constatant, com ja havia ocorregut en la resta d’espècies testades, la incertesa dels resultats i fenòmens com el mosaïcisme genètic i la possibilitat d’alterar altres seqüències del genoma, semblants a la diana. I també des de Xina hem conegut, inicialment a través de notes de premsa, amb resultats en part publicats, el seu lideratge mundial en la cursa per utilitzar les eines CRISPR per a tractar pacients, modificant genèticament limfòcits extrets de la sang de malalts de càncer (Su et al., 2016). No obstant això, el primer pacient tractat in vivo, directament, amb eines d’edició genètica, encara que foren ZFN en aquest cas, no CRISPR, ha estat un nord-americà a Califòrnia, dins d’un assaig clínic aprovat als EUA que vam conèixer al novembre de 2017.

«Les eines CRISPR s’han usat des de 2013 en pràcticament tots els camps, des de la biologia a la biotecnologia»

En aquest article he relatat que els temes de comunicació han impactat de manera molt rellevant en l’evolució, coneixement i aplicació de les noves eines d’edició genètica CRISPR. Igualment, els aspectes comunicatius més polèmics. En especial la comunicació d’aquells resultats negatius aparentment descoratjadors, que han aparegut diverses vegades en la curta història de l’edició genètica. Però això igualment ha propiciat una miríada de respostes immediates per part d’altres investigadors que, usant tots els canals de comunicació al seu abast, han aconseguit revertir el pessimisme o les falses bones expectatives d’uns resultats fins col·locar-los en la seua justa mesura, per a l’adequada comprensió de la resta d’investigadors i de la societat en general.