La Universidad Estatal de Carolina del Norte (NC State) entrevistó a uno de sus profesores e investigadores, Rodolphe Barrangou, conocido por ser de los científicos pioneros en la tecnología de edición del genoma conocida como CRISPR. Barrangou, que ha cofundado cinco empresas, comenta el potencial de la edición del genoma en la industria de la alimentación, la medicina, la agricultura y la silvicultura.
North Carolina State University / 6 de noviembre, 2024.- Un nuevo Centro de Edición Genómica para la Agricultura Sustentable con sede en la Facultad de Agricultura y Ciencias de la Vida de la Universidad Estatal de Carolina del Norte (NC State) anuncia una nueva era. Para explicar el potencial y las aplicaciones de la edición genómica, le preguntaron a Rodolphe Barrangou, de la Universidad Estatal de Carolina del Norte, un científico pionero en la tecnología de edición del genoma CRISPR. Como Profesor Distinguido Todd R. Klaenhammer en investigación de probióticos, Barrangou dirige el laboratorio CRISPR en el Departamento de Ciencias de la Alimentación, Bioprocesamiento y Nutrición.
Cientos de millones de personas en todo el mundo han consumido el trabajo de Barrangou. Si ha comido una cucharada de yogur o un bocado de queso en la última década, se encuentra entre ellos. Su investigación con Danisco para encontrar mejores cultivos iniciadores para la industria láctea sentó las bases para CRISPR, una tecnología de edición genómica que se puede aplicar en una amplia gama de campos, incluida la ciencia de la alimentación, la medicina, la agricultura y la silvicultura. Como empresario, Barrangou ha llevado esta tecnología revolucionaria al mercado, cofundando cinco empresas.
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La Facultad de Agricultura y Ciencias de la Vida de la Universidad Estatal de Carolina del Norte abrirá un nuevo Centro de Edición Genómica. ¿Cuál es la diferencia entre la edición genómica y la edición genética que se viene realizando desde hace mucho tiempo?
R: Se trata de escala. Cuando hablamos de edición genética, se trata de una especie de edición en un gen. Es una edición muy similar a la que hace un editor al modificar un texto. Estamos editando el texto de la vida en el ADN y estamos cambiando letras en el ADN, y podemos añadir una palabra, eliminar una palabra, añadir una frase, eliminar una frase o incluso un párrafo entero o un capítulo entero.
Con la edición genómica, se trata de todo el genoma, todo el material genético. De hecho, en las plantas, que son organismos complejos, la gran mayoría del genoma no son genes, sino regiones no codificantes. La mayoría de las veces, no solo queremos cambiar un gen, queremos cambiar otras cosas en el genoma. Así como se puede cambiar una letra para cambiar el texto, también se puede cambiar la puntuación. Y la edición del genoma nos permite no solo cambiar los genes, sino también activarlos o desactivarlos, y aumentarlos o disminuirlos. Se llama control transcripcional. Podemos ajustar el volumen para hacerlo más alto o más bajo. Podemos cambiar no solo el gen en sí, sino también cómo se usa, cómo se transcribe, cómo se expresa; no solo el contenido del texto, sino también la puntuación.
También podemos cambiar lo que se llama epigenoma. Cuando el medio ambiente tiene un impacto en un organismo, a menudo hay señales ambientales como el clima en los cultivos. El calor, el frío, las heladas, la sequedad, el fuego, los productos químicos, los insectos, los virus, los hongos, los humanos, el clima y el humo pueden cambiar no solo cómo se activan o desactivan los genes, sino también cómo se ve afectado parte de ese ADN. Podemos usar tecnologías basadas en CRISPR ahora para cambiar el genoma, para usar el control transcripcional o de volumen y para cambiar cómo los factores ambientales afectan al ADN.
Usted es un pionero en la tecnología CRISPR, que recientemente celebró un hito importante: el primer paciente que completó la nueva terapia génica CRISPR aprobada por la FDA para la anemia falciforme. ¿Esperaba este tipo de desarrollos?
R: Estamos marcando el comienzo de una nueva era de la medicina CRISPR que transformará las vidas de los pacientes afectados por enfermedades genéticas y creará terapias génicas y celulares para pacientes con cáncer. Los pacientes ya se están beneficiando de esas tecnologías disruptivas, sorprendentes e innovadoras, lo cual es genial. Pero la razón por la que estamos creando este nuevo centro con sede en la Facultad de Agricultura y Ciencias de la Vida (y una de las razones por las que estoy en NC State) es que, a pesar del gran potencial en términos de medicina, salud y enfermedad, podemos influir en muchas más personas al implementar esas tecnologías para la alimentación y la agricultura.
Hubo edición genómica antes de CRISPR —“BC”, como lo llamamos—, pero era lenta, difícil, costosa y muy exigente. La tecnología CRISPR ha revolucionado eso y democratizado la tecnología.
¿Cómo puede la edición genómica mejorar la vida de las personas a través de la alimentación y la agricultura?
R: En lo que respecta a la alimentación y la agricultura, la cantidad de personas que pueden verse afectadas por los productos derivados de la edición genómica y el impacto que podemos tener en la agricultura sostenible es notable. Siempre le digo a la gente que para finales de la década tal vez podamos administrar dosis [de terapias basadas en edición del genoma] a un millón de pacientes y salvar un millón de vidas. Eso es mucha gente. Pero para finales de la década, creo que vamos a alimentar a más de mil millones de personas con productos basados en CRISPR. Eso son muchas bocas.
¿Cómo aprovecharán los científicos agrícolas y alimentarios esta tecnología para que esto sea posible?
R: CRISPR permite una reproducción mucho más rápida. Para cruzar y aparear cultivos, plantas y árboles, los plazos son largos, a veces décadas. Podemos hacer en el laboratorio lo mismo que sucedería en la naturaleza, hasta diez veces más rápido. Y la escala a la que podemos realizar el mejoramiento genético es cinco o diez veces más amplia y profunda. Sabemos mucho sobre genética, genomas y datos, y podemos utilizar modelos de inteligencia artificial y machine learning para informar nuestras estrategias de mejoramiento. Podemos analizar el potencial genético de cualquier cultivo y combinar los mejores rasgos que existen en germoplasma de élite comercialmente relevante. En el caso de los tomates, podemos tomar los mejores rasgos de los tomates tradicionales en términos de sabor y ponerlos en tomates que han sido mejorados para que crezcan más. Podemos tomar variedades que son muy resistentes pero que pueden no tener el mejor sabor y mejorar su sabor o sus atributos nutricionales.
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El año pasado, una empresa llamada Pairwise Plants (de hecho, está en el Research Triangle Park) eliminó el amargor de las hojas de mostaza. Llevé a todo mi laboratorio e hice una prueba de sabor. Ahora bien, a mí personalmente me gustan algunas de esas verduras que son un poco amargas y picantes, pero a algunas personas no. Si se pueden eliminar los sabores indeseables de las verduras, ¿podemos lograr que la gente coma más verduras? Ahora se puede aplicar esto a frutas y verduras que históricamente son difíciles de cultivar. Por ejemplo, a muchas personas les gustan mucho las uvas sin semillas. Imaginemos que podemos hacer eso con un montón de bayas sin semillas. Imaginemos cerezas sin cuesco o paltas/aguacates sin cuesco. Muchos rasgos potenciales centrados en el consumidor serán de interés para una gran franja de la población.
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Ya sea que se trate de mejorar los rendimientos de los agricultores, los beneficios para los agricultores y el valor de las tierras agrícolas, o de satisfacer los gustos de los consumidores, las posibilidades son ilimitadas. Podría decirse que la única limitación es nuestra imaginación. No es nuestro conocimiento de la genética porque esto realmente está aumentando exponencialmente. Los últimos 10 años han cambiado el juego, a lo grande.
¿Cómo ayuda esto a abordar los desafíos de la agricultura, como la inestabilidad ambiental, las especies invasoras y la reducción de las tierras agrícolas?
R: Hay un gran potencial para aplicar tecnologías de mejoramiento de última generación a diversos cultivos, para aumentar la biodiversidad, la sostenibilidad y la resiliencia, y luego abordar dos tipos de características. Un grupo de características es mejorar el rendimiento y el desempeño y otro tiene que ver con la resiliencia al estrés. Mencioné las heladas, por supuesto, y la sequía es muy relevante con el cambio climático. Con los problemas inducidos por plagas ambientales, ya sean insectos u hongos o enfermedades bacterianas o virales, podemos usar tecnologías de edición genómica para abordar la necesidad de variedades más resistentes y hacerlo mucho más rápido.
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Hay un gran potencial para trabajar en cultivos que no son fáciles de manipular. Podemos aumentar la biodiversidad, la disponibilidad y los tipos de cultivos en los que trabajamos. Podemos extender eso al ganado. Tenemos una gran industria ganadera en el sudeste en general, Carolina del Norte en particular. Podemos usar esos enfoques para mejorar cerdos y cerdos, o pavos y pollos, o ganado tanto para leche como para carne.
Podemos personalizar los alimentos y los cultivos para el aumento de peso o mejorar la salud de los animales. No solo para los humanos, sino también para los animales. Si pensamos en el medioambiente, la cadena de suministro y el impacto global, podemos imaginar la ingeniería del microbioma para reducir las emisiones de metano en el ganado. Hay todo tipo de posibilidades en todas las escalas, desde árboles grandes que durarán mil años hasta virus y bacterias microscópicos que mejoran la salud intestinal tanto de los humanos como del ganado.
Una vez que el Centro de Edición Genómica para la Agricultura Sostenible esté en funcionamiento, ¿cómo espera trabajar con los científicos del campus?
R: La forma en que hacemos ciencia hoy en día es muy colaborativa. Así es como se logra un mayor impacto. Tenemos mucho conocimiento en edición genómica, en CRISPR, en genética vegetal, en mejoramiento vegetal, en machine learning y datos, genética y análisis. Esa es la lógica detrás de la Iniciativa de Ciencias Vegetales de Carolina del Norte y el Edificio de Ciencias Vegetales. Esto no es nuevo, ¿verdad? Lo hemos hecho antes. Continuaremos llevándolo al siguiente nivel. Tenemos que tener la sabiduría de reconocer que algunas tecnologías son transformadoras, y tenemos que redoblar esfuerzos y crear espacios donde las personas que tienen intereses comunes, intereses complementarios e intereses superpuestos puedan trabajar juntas para ser más que la suma de nuestras partes.
Tener ese centro formal de edición del genoma, ser más visible, ayudará a unificar muchos de los esfuerzos que tenemos en el campus. Y queremos que otros científicos fuera de NC State trabajen con nosotros, pero no queremos que tengan que encontrar el profesorado adecuado, en diferentes departamentos y, a veces, en diferentes facultades del campus. Tener el centro significa centralizar, convertirse en el nodo de conexión y parte de toda una red de personas que trabajan en la edición del genoma.
¿Cuál es el aspecto más emocionante del Centro de Edición Genómica para usted personalmente?
R: Creo que es lograr que la agricultura se ponga a la altura de la terapéutica y luego vaya más allá. Y personalmente me apasiona mucho el trabajo que estamos haciendo en el sector forestal, que tiene un gran impacto en la economía de nuestro estado. Los árboles son quizás una parte subestimada del mundo vegetal.
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Parte del trabajo que estamos haciendo aquí es muy sofisticado, pionero y ambicioso. Tendrá impacto, pero llevará mucho tiempo. Estoy muy entusiasmado con el trabajo. Y como formador y miembro del cuerpo docente de NC State, no solo estamos haciendo el trabajo nosotros mismos, también estamos capacitando a la próxima generación de científicos.