Riesgos y daños asociados a las nuevas biotecnologías

La biología sintética (SB) aplica principios de ingeniería a la biología para la construcción de nuevos sistemas biológicos diseñados para propósitos útiles. Desde una perspectiva de supervisión, los productos de SB vienen con una incertidumbre significativa. Sin embargo, existe la necesidad de anticipar y prepararse para las aplicaciones de la SB antes de su despliegue. Este estudio desarrolla un esquema de evaluación de riesgos sociales (SRES) con el fin de avanzar en los métodos para la gobernanza anticipatoria de las tecnologías emergentes como SB. El SRES se basa en factores de riesgo social que se identificaron como importantes a través de un estudio Delphi de políticas. Estos factores van desde los asociados con los tradicionales evaluación de riesgos, como las consecuencias para la salud y el medio ambiente, hasta características más amplias de riesgos tales como los asociados con la reversibilidad, la manejabilidad, los niveles anticipados de preocupación e incertidumbre. Un panel multidisciplinario con diversas perspectivas y afiliaciones evaluaron cuatro estudios de caso de SB utilizando el SRES. Las clasificaciones de los componentes SRES son comparadas dentro y entre los estudios de caso. A partir de estas comparaciones, encontramos niveles de controlabilidad y familiaridad asociadas con los casos importantes para la clasificación general del SRES. Desde un punto de vista teórico, este estudio ilustra la aplicabilidad del paradigma psicométrico para evaluar casos de SB. Además, nuestro artículo describe cómo el SRES puede incorporarse a los modelos de gobernanza anticipatoria como una herramienta de selección para priorizar investigación, recopilación de información y diálogo frente a la capacidad limitada de los sistemas de gobernanza. Hasta donde sabemos, este es el primer estudio que obtiene datos sobre casos específicos de SB con el objetivo de desarrollar teoría y herramientas para la gobernanza del riesgo.

Synthetic biology (SB) applies engineering principles to biology for the construction of novel biological systems designed for useful purposes. From an oversight perspective, SB products come with significant uncertainty. Yet there is a need to anticipate and prepare for SB applications before deployment. This study develops a Societal Risk Evaluation Scheme (SRES) in order to advance methods for anticipatory governance of emerging technologies such as SB. The SRES is based upon societal risk factors that were identified as important through a policy Delphi study. These factors range from those associated with traditional risk assessment, such as health and environmental consequences, to broader features of risk such as those associated with reversibility, manageability, anticipated levels of public concern, and uncertainty. A multi-disciplinary panel with diverse perspectives and affiliations assessed four case studies of SB using the SRES. Rankings of the SRES components are compared within and across the case studies. From these comparisons, we found levels of controllability and familiarity associated with the cases to be important for overall SRES rankings. From a theoretical standpoint, this study illustrates the applicability of the psychometric paradigm to evaluating SB cases. In addition, our paper describes how the SRES can be incorporated into anticipatory governance models as a screening tool to prioritize research, information collection, and dialogue in the face of the limited capacity of governance systems. To our knowledge, this is the first study to elicit data on specific cases of SB with the goal of developing theory and tools for risk governance.

Descubierto como un sistema inmunológico adaptativo bacteriano, CRISPR / Cas9 (Repeticiones Palindrómicas Cortas Agrupadas y Regularmente Espaciadas) se está desarrollando como una atractiva herramienta de edición del genoma. Debido a su alta especificidad y aplicabilidad, la edición de genes mediada por CRISPR / Cas9 se ha empleado en una multitud de organismos y células, incluidos insectos, no solo para la investigación básica, como los estudios de función genética, sino también la investigación aplicada, como para la modificación de organismos de importancia económica. A pesar del rápido aumento en el uso de CRISPR en la edición del genoma de insectos, los resultados aún difieren de cada estudio, principalmente debido a diferencias existentes en los parámetros experimentales, como el Cas9 y la forma de ARN guía, el método de administración, el gen objetivo y los efectos en objetivos no blanco. Aquí, revisamos los informes actuales sobre el éxito de las aplicaciones de CRISPR / Cas9 en diversos insectos y células de insectos. Además de resumir varias de las mejores prácticas para generar una lista de verificación útil para el diseño de experimentos de CRISPR / Cas9 en insectos para principiantes. Por último, discutimos las preocupaciones de bioseguridad relacionadas con la liberación de insectos editados por CRISPR / Cas9 en el medio ambiente.

Discovered as a bacterial adaptive immune system, CRISPR/Cas9 (clustered, regularly interspaced, short palindromic repeat/CRISPR associated) is being developed as an attractive tool in genome editing. Due to its high specificity and applicability, CRISPR/Cas9-mediated gene editing has been employed in a multitude of organisms and cells, including insects, for not only fundamental research such as gene function studies, but also applied research such as modification of organisms of economic importance. Despite the rapid increase in the use of CRISPR in insect genome editing, results still differ from each study, principally due to existing differences in experimental parameters, such as the Cas9 and guide RNA form, the delivery method, the target gene and off-target effects. Here, we review current reports on the successes of CRISPR/Cas9 applications in diverse insects and insect cells. We furthermore summarize several best practices to give a useful checklist of CRISPR/Cas9 experimental setup in insects for beginners. Lastly, we discuss the biosafety concerns related to the release of CRISPR/Cas9-edited insects into the environment.

El sistema de edición genómica CRISPR-Cas9 ha arrebatado el mundo de la ciencia biomédica. Inicialmente, los investigadores utilizaron nucleasa activa de CRISPR-Cas9 para eliminar o reemplazar genes a través de ediciones genéticas disruptivas o precisas. La herramienta CRISPR se expandió con el desarrollo de la nucleasa inactiva dCas9, la cual recluta a los efectores proteicos que modulan la expresión génica, a menudo escribiendo o removiendo marcas epigenéticas en el ADN y las histonas. Más reciente, los editores de base han aumentado la eficiencia de las sustituciones base dirigidas por CRISPR tanto para la edición precisa como para la diversificación de secuencias localizada. Esta herramienta en expansión ha permitido las manipulaciónes genéticas y epigenéticas específicas del sitio en una amplia gama de organismos.

The CRISPR Cas9 genome-editing system has taken the world of biomedical science by storm. Initially, researchers used nuclease-active CRISPR Cas9 to knock out or replace genes through either disruptive or precise genome edits. The CRISPR toolbox expanded with the development of nuclease-inactive dCas9, which recruits protein effectors that modulate gene expression, often by writing or removing epigenetic marks on DNA and histones. Most recently, base editors have increased the efficiency of CRISPR-targeted base substitutions for both precision editing and localized sequence diversification. This expanding toolbox has enabled site-specific genetic and epigenetic manipulation in a wide array of organisms.

El crecimiento global de la población humana está asociado con muchos problemas, como la provisión de alimentos y agua, conflictos políticos, propagación de enfermedades y destrucción del medio ambiente. La mitigación de estos problemas se refleja en varias convenciones y programas globales, algunos de los cuales, sin embargo, son conflictivos. Aquí discutimos los conflictos entre la conservación de la biodiversidad y la erradicación de enfermedades. Numerosos programas de salud apuntan a erradicar patógenos, y muchos se centran en la erradicación de vectores, como los mosquitos u otros parásitos. Como estudio de caso, nos centramos en la campaña panafricana de erradicación del tse tsé y la tripanosomiasis , que tiene como objetivo erradicar un patógeno (Trypanosoma) así como su vector, el grupo entero de moscas tse tsé (Glossinidae). Como la distribución de las moscas coincide en gran medida con los puntos calientes de la biodiversidad de agua dulce en África, argüimos con una fuerte consideración de las cuestiones ambientales al aplicar medidas de control de vectores, especialmente las aplicaciones aéreas de insecticidas. Además, queremos estimular las discusiones sobre el valor de las especies ya sea la completa erradicación de un patógeno o vector está justificada en absoluto. Finalmente, hacemos un llamado a una mayor armonización de las convenciones internacionales. Se necesita evaluaciones de impacto ambiental adecuadas antes de que se lleven a cabo programas de control o erradicación para minimizar los efectos negativos sobre la biodiversidad

Food and water provision, political con?icts, spread of diseases, and environ-mental destruction. The mitigation of these problems is mirrored in several global conventions and programs, some of which, however, are con?icting. Here, we discuss the con?icts between biodiversity conservation and disease eradication. Numerous health programs aim at eradicating pathogens, and many focus on the eradication of vectors, such as mosquitos or other parasites. As a case study, we focus on the Pan African Tsetse and Trypanosomiasis Eradication Campaign,  which aims at eradicating a pathogen (Trypanosoma) as well as its vector, the entire group of tsetse ?ies (Glossinidae). As the distri- bution of tsetse ?ies largely overlaps with the African hotspots of freshwater biodiversity, we argue for a strong consideration of environmental issues when applying vector control measures, especially the aerial applications of insecticides. Furthermore, we want to stimulate discussions on the value of species and whether full eradication of a pathogen or vector is justi?ed at all. Finally, we call for a stronger harmonization of international conventions. Proper en- vironmental impact assessments need to be conducted before control or eradication programs are carried out to minimize negative effects on biodiversity.

Reportes recientes han sugerido que es poco probable que los impulsores génicos basados en CRISPR invadan poblaciones silvestres debido a los alelos resistentes a impulsores que previenen su corte. Desarrollamos modelos matemáticos basados en datos empíricos para explicar este supuesto. Demostramos que aunque la resistencia evita que los sistemas de impulsores se propaguen a la fijación en grandes poblaciones, incluso los sistemas menos efectivos reportados hasta la fecha son altamente invasivos. Liberando un pequeño número de organismos usualmente causa invasión en poblaciones locales, seguidas por una invasión adicional de poblaciones conectadas por tasas de flujo genético muy bajas. Examinando los efectos de factores atenuantes, variación genética permanente, la endogamia y el tamaño de la familia, reveló que ninguno de estos evita la invasión en escenarios realistas. Se predijo que los sistemas de impulsores altamente efectivos serán aún más invasivos. Contrariamente al informe de las academias nacionales sobre impulsores génicos, nuestros resultados sugieren que los sistemas de impulsores génicos no deben desarrollarse ni probarse en el campo en las regiones que albergan el organismo huésped.

Recent reports have suggested that CRISPR-based gene drives are unlikely to invade wild populations due to drive-resistant alleles that prevent cutting. Here we develop mathematical models based on existing empirical data to explicitly test this assumption. We show that although resistance prevents drive systems from spreading to fixation in large populations, even the least effective systems reported to date are highly invasive. Releasing a small number of organisms often causes invasion of the local population, followed by invasion of additional populations connected by very low gene flow rates. Examining the effects of mitigating factors including standing variation, inbreeding, and family size revealed that none of these prevent invasion in realistic scenarios. Highly effective drive systems are predicted to be even more invasive. Contrary to the National Academies report on gene drive, our results suggest that standard drive systems should not be developed nor field-tested in regions harboring the host organism.

El interés en desarrollar sistemas de impulsores genéticos para controlar especies invasoras está creciendo, con Nueva Zelanda considerando a la naciente tecnología como una forma de eliminar localmente las plagas de mamíferos que amenazan su flora y fauna únicas. Si los impulsores genéticos erradicaran con éxito estas poblaciones, muchos se alegrarían, pero ¿cuáles son las posibles consecuencias? Aquí, exploramos el riesgo de a propagación accidental que plantean las tecnologías de impulsores genéticos auto-propagables, destacamos los nuevos diseños de impulsores genéticos que podrían lograr mejores resultados, y explicamos por qué necesitamos discusiones abiertas e internacionales sobre una tecnología que podría tener ramificaciones globales.

Interest in developing gene drive systems to control invasive species is growing, with New Zealand reportedly considering the nascent technology as a way to locally eliminate the mammalian pests that threaten its unique flora and fauna. If gene drives successfully eradicated these invasive populations, many would rejoice, but what are the possible consequences? Here, we explore the risk of accidental spread posed by self-propagating gene drive technologies, highlight new gene drive designs that might achieve better outcomes, and explain why we need open and international discussions concerning a technology that could have global ramifications.

La técnica CRISPR se usa ampliamente para interrumpir la función del gen al inducir pequeñas inserciones o deleciones. Aquí, mostramos que algunos ARN de guía única (sgRNAs) pueden inducir la omisión de exones o grandes deleciones genómicas que eliminan los exones. Por ejemplo, La edición mediada por CRISPR del exón 3 de ?-catenina, que codifica un dominio auto inhibitorio, induce una omisión parcial del exón en el marco de lectura y la acumulación nuclear de la ?-catenina. Una sola guía única de ARN puede inducir pequeñas inserciones o deleciones que alteran parcialmente el proceso de corte y empalme o grandes deleciones inesperadas que remueven los exones. La omisión de exones se agrega a los resultados inesperados que deben ser contados, y quizás aprovechados, en los experimentos de CRISPR.

CRISPR is widely used to disrupt gene function by inducing small insertions and deletions. Here, we show that some single-guide RNAs (sgRNAs) can induce exon skipping or large genomic deletions that delete exons. For example, CRISPR-mediated editing of ?-catenin exon 3, which encodes an autoinhibitory domain, induces partial skipping of the in-frame exon and nuclear accumulation of ?-catenin. A single sgRNA can induce small insertions or deletions that partially alter splicing or unexpected larger deletions that remove exons. Exon skipping adds to the unexpected outcomes that must be accounted for, and perhaps taken advantage of, in CRISPR experiments.

Los cambios en el marco de lectura introducidos por inserciones o deleciones a través de edición genómica se han convertido en una poderosa técnica para estudiar las funciones de genes no caracterizados en líneas celulares y organismos modelo. Dichas mutaciones deberían conducir a la degradación de ARNm debido a la descomposición del ARNm mediada por mutación terminadora o a la producción de proteínas severamente truncadas. Aquí también mostramos que los desplazamientos en el marco de lectura hechos por edición genómica también pueden llevar a la omisión de exones múltiplos de tres nucleótidos . Tales eventos del proceso de corte y empalme resultan en un ARNm en el marco de lectura que podría codificar proteínas total o parcialmente disfuncionales. También caracterizaos una variante de mutación sin sentido (rs2273865) localizada en un exón múltiplo de tres nucleótidos  de LGALS8, el cual aumenta la omisión de exones en muestras de eritoblastos humanos. Nuestros resultados demuestran la contribución potencialmente frecuente de los elementos reguladores del proceso de corte y empalme y son importantes para la interpretación de resultados negativos en experimentos de edición de genomas. Además, Pueden contribuir a una mejor anotación de mutaciones de pérdida de función en el genoma humano.

The introduction of frameshift indels by genome editing has emerged as a powerful technique to study the functions of uncharacterized genes in cell lines and model organisms. Such mutations should lead to mRNA degradation owing to nonsense-mediated mRNA decay or the production of severely truncated proteins. Here, we show that frameshift indels engineered by genome editing can also lead to skipping of multiple of three nucleotides  exons. Such splicing events result in in-frame mRNA that may encode fully or partially functional proteins. We also characterize a segregating nonsense variant (rs2273865) located in a multiple of three nucleotides  exon of LGALS8 that increases exon skipping in human erythroblast samples. Our results highlight the potentially frequent contribution of exonic splicing regulatory elements and are important for the interpretation of negative results in genome editing experiments. Moreover, they may contribute to a better annotation of loss-of-function mutations in the human genome.

Los impulsores genéticos basados en el sistema de edición genómica vía CRISPR-Cas9 son una tecnología poderosa que promueve la herencia de la herramienta de impulso genético  a través de reproducción sexual y puede por lo tanto dispersarse rápidamente a través de una población. Posee un gran potencial para propósitos humanitarios y de salud pública, tales como reducir la cantidad de enfermedades transmitidas por vectores como la malaria. Aquí discutimos otra aplicación potencial de los impulsores genéticos basados en CRISPR, es decir, el control de plagas para incrementar la producción de cultivos. Argumentamos que el control de plagas basado en impulsores genéticos debería recibir más atención de los tomadores de decisiones y del público debido a su enorme impacto potencial en el ambiente, su fácil accesibilidad, y la actual escasez de reglamentación.

Gene drive based on the CRISPR/Cas?9 gene editing system is a powerful technology that promotes the inheritance of the gene drive tool itself via sexual reproduction and can therefore spread quickly through a population. It holds great potential for public health and humanitarian purposes, such as reducing the burden of vector?borne diseases like malaria. Here, we discuss another potential application of CRISPR?based gene drive, namely the control of pest species to increase crop production. We argue that gene drive?based pest control strategies should receive more attention from policymakers and the public given their enormous potential impact on the environment, their easy accessibility, and the current dearth of regulations.

El sistema CRISPR-Cas9 (repeticiones palindrómicas cortas agrupadas regularmente interespaciadas con proteína Cas9 asociada) se ha utilizado para generar cambios específicos para la modificación directa de genes endógenos en un número cada vez mayor de especies de plantas; pero el desarrollo de la edición del genoma de la planta aún no ha considerado completamente los posibles desajustes fuera del objetivo que pueden conducir a cambios no deseados dentro del genoma. Evaluar la especificidad de CRISPR-Cas9 para aumentar la eficiencia de edición, así como el potencial de efectos posteriores no anticipados de mutaciones fuera del objetivo, es una consideración regulatoria importante para las aplicaciones agrícolas. El aumento de la especificidad de la edición del genoma implica el desarrollo de métodos de diseño mejorados que predigan mejor la prevalencia de mutaciones fuera del objetivo en función de la composición del genoma y el diseño de la ribonucleoproteína modificada (RNP). Los primeros resultados de la edición del genoma CRISPR-Cas9 en sistemas de plantas indican que la incidencia de frecuencias de mutación fuera del objetivo es bastante baja; sin embargo, mediante el análisis de líneas de plantas editadas con CRISPR y la mejora tanto de las herramientas computacionales como del diseño de reactivos, es posible reducir aún más los efectos imprevistos en los posibles sitios de desajuste dentro del genoma. Esto garantizará que los reactivos CRISPR-Cas9 puedan diseñarse y orientarse con un alto grado de especificidad. Las herramientas de diseño mejoradas y validadas experimentalmente para discriminar el objetivo y las posibles posiciones fuera del objetivo que incorporan la consideración de la fidelidad y selectividad de la nucleasa diseñada ayudarán a aumentar la confianza para la toma de decisiones regulatorias para plantas editadas con genoma.

The CRISPR-Cas9 system (clustered regularly interspaced short palindromic repeats with associated Cas9 protein) has been used to generate targeted changes for direct modification of endogenous genes in an increasing number of plant species; but development of plant genome editing has not yet fully considered potential off-target mismatches that may lead to unintended changes within the genome. Assessing the specificity of CRISPR-Cas9 for increasing editing efficiency as well as the potential for unanticipated downstream effects from off-target mutations is an important regulatory consideration for agricultural applications. Increasing genome-editing specificity entails developing improved design methods that better predict the prevalence of off-target mutations as a function of genome composition and design of the engineered ribonucleoprotein (RNP). Early results from CRISPR-Cas9 genome editing in plant systems indicate that the incidence of off-target mutation frequencies is quite low; however, by analyzing CRISPR-edited plant lines and improving both computational tools and reagent design, it may be possible to further decrease unanticipated effects at potential mismatch sites within the genome. This will provide assurance that CRISPR-Cas9 reagents can be designed and targeted with a high degree of specificity. Improved and experimentally validated design tools for discriminating target and potential off-target positions that incorporate consideration of the designed nuclease fidelity and selectivity will help to increase confidence for regulatory decision making for genome-edited plants.