Fernando Galán Galán

Profesor Titular de Medicina
Especialista en Medicina Interna
Experto en Miopatía Mitocondrial del Adulto
Fibromialgía y Síndrome de Fatiga crónica
BLOG

ORIGEN Y DESARROLLO DEL SISTEMA CRISPR/Cas. De 1987 a 2002. 1ª parte

Publicado por en en Noticias
  • Tamaño de fuente: Mayor Menor
  • Visitas: 190
  • Imprimir

El nombre es un acrónimo CRISPR en inglés Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, en español Repeticiones Palindrómicas  Cortas Agrupadas y Regularmente Interespaciadas. Se lee y pronuncia CRISPER.

Y Cas  también es un acrónimo de CRISPR‐associated, en español asociada a CRISPR.

Fue un hallazgo casual, como tantas veces ocurre en los descubrimientos científicos- en bacterias y posteriores estudios descubrieron que era un sistema de defensa inmunitaria que utilizan las bacterias para defenderse del ataque de los virus.

DESCUBRIMIENTO

Año 1987, el investigador japonés Yoshizumi Ishino menciona por primera vez en un artículo científico la existencia de secuencias repetidas palindrómicas en el ADN de las bacterias.

Año 1993, el científico español Francisco J. M. Mojica, perteneciente a la Universidad de Alicante, publica el resultado de sus investigaciones con las bacterias arqueas halófilas, que tienen la capacidad de vivir en medios con unas concentraciones de sales extremadamente elevadas. Mediante la secuenciación de parte del genoma de la arquea identifica unas secuencias repetidas palindrómicas de 30 pares de bases separadas entre sí por fragmentos de 36 pares de bases, denominados espaciadores.

Las características estructurales de CRISPR.

The-structural-features-of-CRISPR-.jpg

Las secuencias repetidas con longitud constante generalmente tienen simetría de díada para formar una estructura palindrómica (mostrada por flechas). El primer CRISPR identificado de E. coli (bacteria) y Haloferax  mediterranei (archaea) muestra dos ejemplos. Las regiones espaciadoras también tienen una longitud constante pero no tienen homología de secuencia.

Año 2000, Francisco J. M. Mojica y sus colaboradores detectan, buceando en bases de datos, un gran número de estas secuencias repetidas en bacterias, arqueas y proponen el nombre de Short Regularly Spaced Repeats (SRSR) (Repeticiones Cortas Regularmente Espaciadas). Posteriormente se decidió cambiar el nombre por Clustered Regularly Interspaced Short Palyndromic Repeats (CRISPR) (Repeticiones Palindrómicas Cortas Agrupadas y Regularmente Interespaciadas)

Secuencias de regiones repetidas regularmente espaciadas. Los tramos de ADN que contienen cuatro repeticiones regularmente espaciadas (resaltados en amarillo) se muestran como ejemplos representativos de las secuencias informadas originalmente en Haloferax mediterranei (A), Escherichia coli (B) y Mycobacterium bovis (C). Las repeticiones invertidas internas están subrayadas.

Sequences-of-regularly-spaced-repeat-.jpg

palindrome-sequence.jpg

 

Secuencia de palíndromo en el ADN de la bacteria Streptococcus agalactiae.

Partes de la secuencia de letras de una cadena (verde) corresponden a las de la otra cadena (amarilla) en el orden inverso. El ADN puede formar estructuras de horquilla usando un palíndromo roto como este.

Los palíndromos son las únicas secuencias que son únicas en el ADN de doble cadena (bicatenario), no es sorprendente que sean de particular importancia en la biología del genoma.

Mojica se percató de que ese patrón de repeticiones y espaciadores que se habían encontrado en los genomas de varios microrganismos, no podía ser mera coincidencia. Debía tener una función y esta debía ser importante si era común en microorganismos separados por millones de años de evolución. Mojica y sus colaboradores se dedicaron a "coleccionar" secuencias repetidas similares en otras bacterias y arqueas y a compararlas.

En el año 2000 , Mojica denominó a estas secuencias SRSR (del inglés short regularly spaced repeats), en español repeticiones cortas regularmente espaciadas.

 b2ap3_thumbnail_Mojica.jpg

En 2002, otro microbiólogo holandés, R. Jansen publicó un artículo en el que identificaban cuatro genes asociados a esas secuencias repetidas que, y de acuerdo con Mojica, deciden renombrarlas como CRISPR (clustered regularly interspaced short palyndromic repeats, repeticiones palindrómicas cortas agrupadas y regularmente interespaciadas). Los genes asociados a estas regiones CRISPR se denominaron genes cas (por CRISPR‐associated): habían acuñado un nuevo término CRISPR-Cas.

  • Los loci CRISPR estaban flanqueados en un lado por una secuencia líder común de 300–500 pb.
  • Los genes Cas estaban invariablemente ubicados adyacentes a un locus CRISPR, lo que indica que los genes Cas y los loci CRISPR tienen una relación funcional.
  • En este estudio identificaron cuatro genes asociados a CRISPR, cas1 a cas4. La presencia de los genes Cas se asoció invariablemente con la presencia de loci CRISPR en el genoma

CRIPR-locus.jpg

Los sistemas CRISPR-Cas generalmente se definen por un locus genómico llamado matriz CRISPR, una serie de repeticiones de ∼20–50 pares de bases (pb) separadas por "espaciadores" únicos de longitud similar y precedidos por un "líder" rico en la secuencia AT.

CrisperCasSchema.png

El locus CRISPR, se compone de secuencias cortas de repetición, generalmente de 28 a 37 pb (pares de bases), separadas por espaciadores, cada uno con una secuencia única de longitud similar. Cada repetición se organiza de forma palindrómica, lo que significa que la secuencia de repetición en un lado de la cadena es idéntica a la secuencia de la cadena opuesta cuando ambas se leen en sus respectivas direcciones de 5 'a 3'

En el genoma existen secuencias denominadas palindrómicas o simplemente palíndromos. Podrían considerarse como un tipo especial de secuencias “capicúas”. Lo propio y característico de un palindromo es que la secuencia es idéntica en una y otra cadena; ambas, al ser leídas en la misma dirección (de 5’ a 3’ o de 3´a 5´). Los palíndromos son lugares especiales del genoma ya que constituyen secuencias “diana” de determinados enzimas de restricción (endonucleasas) y señalan puntos de referencia en el genoma para otras funciones.

5’ TACGCGTA 3’

3’ ATGCGCAT 5’

REFERENCIAS

  1. Ishino Y, Shinagawa H, Makino K, Amemura M, Nakata A. Nucleotide sequence of the iap gene, responsible for alkaline phosphatase isozyme conversion in Escherichia coli, and identification of the gene product. J Bacteriol. 1987;169:5429-33.
  2. Mojica FJ, Juez G, Rodríguez-Valera F. Transcription at different salinities of Haloferax mediterranei sequences adjacent to partially modified PstI sites. Mol Microbiol. 1993;9:613-21.
  3. Mojica FJ, Díez-Villaseñor C, Soria E, Juez G. Biological significance of a family of regularly spaced repeats in the genomes of Archaea, Bacteria and mitochondria. Mol Microbiol. 2000 ;36:244-6.
  4. Jansen R, Embden JD, Gaastra W, Schouls LM. Identification of genes that are associated with DNA repeats in prokaryotes. Mol Microbiol. 2002;43:1565-75.

 

PROF. DR. FERNANDO GALAN