La edición genómica es una Nueva Técnica de Mejora Genética (New Breeding Technique - NBT) basada en el uso de nucleasas específicas de secuencia (SSN). Las SSN son enzimas que causan pequeñas roturas en el ADN que, cuando son reparadas por la célula, pueden producir mutaciones de distintos tipos dependiendo del mecanismo molecular utilizado en la reparación. La particularidad de las SSN aplicadas a la mejora genética reside en nuestra capacidad de programarlas con gran precisión, dirigiéndolas a sitios específicos del genoma vegetal para que ejerzan allí su actividad. Esto, unido a la abundante información genómica y fenómica generada en los últimos años tanto en plantas modelo como en cultivos, se traduce en una capacidad casi ilimitada para la generación de nueva variabilidad genética “dirigida” a áreas del genoma previamente identificadas por su interés funcional. Esta nueva variabilidad “dirigida” generada por las SSN se puede utilizar tanto para obtener nuevos conocimientos básicos como para generar nuevos caracteres de interés agronómico. En este segundo ámbito, la gama de usos y aplicaciones de las SSNs en la mejora de plantas es enorme, desde la mejora de resistencias a estreses bióticos y abióticos, hasta el aumento de la productividad, la mejora del contenido nutricional, etc.
En los últimos años se han descubierto distintos tipos de SSN programables. Loas SSN basados en proteínas del tipo Zinc finger (ZFN) se conocen desde la década de los 90 del siglo pasado. Más recientemente, se desarrollaron las SSN basados en efectores TAL, lo que supuso un salto cualitativo en términos de eficiencia en comparación con sus predecesores. En ambos casos, la “programación” se basa en la combinación de varios módulos proteicos según un código previamente dilucidado, que requiere la modificación de novo de una proteína multimodular para cada diana genómica. Si bien el desarrollo de nuevas estrategias para la síntesis y ensamblaje de piezas de ADN ha facilitado enormemente la producción de proteínas recombinantes, la programación de SSN con códigos basados en la combinación de módulos de proteínas es laboriosa, costosa y no está al alcance de muchos laboratorios.
El cambio de paradigma en el uso de SSN se produjo con la aparición de una nueva herramienta basada en el sistema de inmunidad adquirida bacteriana CRISPR, descubierto y nombrado por Francis Mojica de la Universidad de Alicante en España. A diferencia de sus predecesores, la programación del sistema CRISPR no requiere la construcción de novo de proteínas multimodulares, sino únicamente la generación de una pequeña secuencia de ARN complementaria a la diana genómica, que se incorpora a una proteína invariable (Cas9) y sirve como un guía (guía de ARN o gRNA) para alcanzar su diana genómica. La simplicidad del código de programación CRISPR / Cas9 facilita enormemente su diseño y construcción, lo que hace posible que muchos laboratorios y usuarios finales generen nuevos "caracteres" específicos. Además, la arquitectura CRISPR / Cas9 permite la programación simultánea de múltiples dianas (característica conocida como multiplexación), lo que podría facilitar la acumulación de caracteres fenotípicos, acelerando enormemente los procesos de mejora.
En general, existen tres estrategias de edición genética basadas en CRISPR / Cas9 según el tipo de modificaciones introducidas en el genoma.
La más utilizada en plantas es la denominada estrategia SSN-1, que consiste en generar pequeñas mutaciones aleatorias (indeles: inserciones o deleciones) como consecuencia de la rotura del ADN en la secuencia diana y posterior reparación errónea por el mecanismo denominado NHEJ (Unión de extremos no homólogos). Esta estrategia ha demostrado ser muy eficaz en varias especies y tiene como objetivo inducir nuevos caracteres por la pérdida de función de los genes mutados. Por su parte, la estrategia conocida como SSN-2 ofrece una mayor precisión, ya que literalmente consiste en reescribir una pequeña región genómica que incorpora cambios predefinidos encriptados en una secuencia de ADN “donante” que se transfiere al genoma junto con la SSN. Para ello, se utiliza un tipo alternativo de reparación celular, denominada Recombinación Homóloga (HR), que repara el genoma utilizando una plantilla de ADN externa. Finalmente, la estrategia SSN-3 es similar a la SSN-2, pero su objetivo no es introducir pequeñas “reparaciones”, sino incorporar “nueva información genética” en sitios precisos del genoma aprovechando la permisividad de la reparación por HR para aceptar secuencias donantes que contienen regiones no homólogas en su parte central. Tanto la SSN-2 como la SSN-3 (también conocidas colectivamente como estrategias de modificación genética dirigida o GT) amplían el rango de variabilidad genética para la mejora, proporcionando un salto cualitativo en el tipo de caracteres que se pueden obtener mediante estas estrategias. Sin embargo, hasta hace poco, las estrategias basadas en la recombinación homóloga han sido ineficaces en plantas, lo que ha significado que muchos de los enfoques probados hasta la fecha son del tipo "pérdida de función" (SSN-1).
En todos los casos, para realizar la edición genómica es imprescindible transferir la enzima SSN (por ejemplo, Cas9) al núcleo de una célula vegetal junto con el gRNA y, en su caso, el ADN del donante que contenga la “nueva” secuencia genética a introducir (SSN-2 y SSN-3), para posteriormente regenerar una planta completa a partir de la célula o células editadas. El mecanismo más utilizado para la introducción de estos elementos en la célula es la transformación genética mediada por Agrobacterium. El resultado es, de forma transitoria, una planta transgénica que contiene y expresa todos y cada uno de los elementos antes mencionados. Sin embargo, en un paso posterior y en el caso de plantas que se multiplican sexualmente, el T-DNA puede ser eliminado por segregación sexual dando lugar a plantas no transgénicas que contienen la edición genética deseada.
Desde el punto de vista bioético y atendiendo estrictamente al producto final, las estrategias SSN-1 y SSN-2 generan plantas prácticamente indistinguibles de las generadas por los métodos tradicionales de mejora, por lo que se argumenta que no deben ser consideradas como OGM. Por su parte, la estrategia SSN-3 conduciría inevitablemente a un OMG, aunque con un mayor grado de precisión respecto al lugar exacto del genoma en el que se ha introducido la información genética adicional.
En cuanto a las implicaciones bioéticas y regulatorias, recientemente se han probado con éxito mecanismos alternativos para introducir directamente el complejo ribonucleoproteico (Cas9 + RNAg) en el núcleo celular de protoplastos de diferentes especies vegetales, evitando así el uso de intermediarios en forma de ADN. De esta forma, el proceso de edición se asimila por completo al proceso de mutagénesis química (este último exento de la regulación de OMG), por lo que las plantas resultantes pueden comercializarse como no transgénicas.