CRISPR: Del Nobel de Química 2020 a su importancia para la industria química de base biotecnológica

Jennifer Doudna y Emmanuelle Charpentier recibieron el Premio Nobel de Química de este año por el desarrollo de un método para la edición de genes, CRISPR (Repeticiones palindrómicas cortas, agrupadas y regularmente interespaciadas, por sus siglas en inglés), o más propiamente conocida como CRISPR-Cas9.

Si bien es innegable el impacto que tendrá el uso de CRISPR sobre el modo en el que los seres humanos enfrentaremos a las enfermedades en el futuro, no mucho se ha dicho acerca de su impacto sobre la manera en la que la humanidad del futuro conseguirá varios de los productos que hoy consume, específicamente aquellos que son hoy obtenidos mediante procesos biotecnológicos de escala industrial.

La fabricación de biocombustibles, como el bioetanol, que tiene por protagonistas a levaduras como la Saccharomyces cerevisiae será más eficiente gracias a CRISPR. Investigaciones recientes del Prof. Zhao [1,2] de la Universidad de Illinois, demostraron la superioridad de CRISPR para generar 70 veces más variedades de levadura que mediante las técnicas convencionales de mejoramiento genético, acelerando de este modo la identificación de aquellas variedades más aptas a las condiciones industriales más rigurosas, por ejemplo, seleccionar variedades que trabajen a mayores temperaturas con la consiguiente aceleración de procesos fermentativos, o variedades con mejores respuestas frente a soluciones más concentradas de etanol disminuyendo gastos energéticos en posteriores etapas de separación. La obtención de bioetanol a partir de melazas, podría intensificarse permitiendo el diseño de sistemas de procesos más robustos que los existentes hoy en día.

Por otro lado, la fabricación de azúcares fermentables a partir de materia prima más sostenible, como lo son residuos agroindustriales, entre ellos, el bagazo de la caña de azúcar es hoy en día realizada por cócteles enzimáticos producidos por cepas como RUT-C30 del hongo Trichoderma Reesei. Una muestra más de la aplicación de CRISPR-Cas9 en procesos biotecnológicos es la reportada por investigadores brasileños, en cuyos trabajos eliminaron genes responsables de la producción de enzimas desestabilizantes del cóctel enzimático que convierte carbohidratos complejos componentes del bagazo de caña en azúcares. En este mismo estudio la técnica CRISPR-Cas9 también fue utilizada para la adición de genes que resultan en la producción de enzimas accesorias importantes, pero naturalmente deficientes en el hongo [3]. Esto resultará en una mayor eficiencia de degradación de la biomasa y por ende en una mayor productividad en la obtención de azúcares simples fermentables.

Finalmente, los desafíos que presenta la síntesis química por vías tradicionales de componentes activos (p.e. isoprenoides) presentes en fragancias, aditivos alimentarios, entre otros productos de gran valor comercial, y la interrogante que supone su extracción sostenible a partir de plantas vegetales, serían superados mediante la aplicación de técnicas de mejoramiento genético como el CRISPR. El aprovechamiento direccionado y finamente controlado de procesos metabólicos de microorganismos como Escherichia coli para que produzcan más beta-caroteno [4], e incluso en cianobacterias [5] capaces de transformar más eficientemente dióxido de carbono y energía solar en succinato, producto intermediario de gran importancia para la industria química son algunas de las oportunidades de evolución de la sinergia entre la ingeniería química y la ingeniería genética.

Por: Francisco Tarazona Vasquez y Ursula Fabiola Rodríguez Zúñiga.

Referencias:

[1] T. Si, R. Chao, Y. Min, Y. Wu, W. Ren, H. Zhao, “Automated multiplex genome-scale engineering in yeast”, Nature Communications, vol. 8, 15187. 2017.

[2] J. Lian, M. HamediRad, H. Zhao, “Advancing Metabolic Engineering of Saccharomyces cerevisiae Using the CRISPR/Cas System”, Biotechnol J., vol. 13, 9. 2018.

[3] L. M. Fonseca, L.S. Parreiras, M. T. Murakami, “Rational engineering of the Trichoderma reesei RUT-C30 strain into an industrially relevant platform for cellulase production”, Biotechnol. Biofuels., vol. 13, 93. 2020.

[4] Y. Li, Z. Lin, C. Huang, Y. Zhang, Z. Wang, Y-j Tang, T. Chen, X. Zhao, “Metabolic engineering of Escherichia coli using CRISPR–Cas9 meditated genome editing”, Metabolic Engineering, vol. 31, pp 13-21. 2015.

[5] H. Li, C. R. Shen, C-H. Huang, L-Y. Sung, M-Y. Wu, Y-C. Hu, “CRISPR-Cas9 for the genome engineering of cyanobacteria and succinate production”, Metabolic Engineering, vol. 38, pp 293-302. 2016.