La tecnología de programación para la inserción de genes completos de gran tamaño supera los obstáculos para su entrada en la fase clínica
Antecedentes
Las tecnologías de edición genómica que inducen sustituciones de bases únicas (edición de bases) o inserciones/deleciones de unas pocas decenas de pares de bases ya han avanzado a fases clínicas 1/2, demostrando su potencial terapéutico. Sin embargo, para las enfermedades monogénicas graves con múltiples exones dañados o las enfermedades genéticas complejas, la modificación de unas pocas bases no es suficiente para lograr una cura fundamental. Es imperativo contar con una tecnología que permita insertar con precisión secuencias de codificación génica completas, de varios kilobases (kb) o más, en la posición objetivo.
El método actual de recombinación homóloga (HDR) basado en CRISPR-Cas9 presenta una eficiencia drásticamente reducida en células que no se dividen. Además, la entrega de plantillas de ADN exógeno conlleva riesgos de toxicidad celular y toxicidad genómica debido a inserciones aleatorias. Para integrar de forma estable grandes cargas génicas en sitios específicos del genoma, se requieren sistemas de integración de próxima generación que superen los mecanismos de corte y reparación existentes.
Hallazgos clave
Recientemente, la comunidad científica ha estado perfeccionando las estrategias de integración de genes grandes centrándose en recombinasas, transposasas asociadas a CRISPR (CAST), sistemas de escritura genómica y plataformas basadas en retrotransposones. Tres expertos en ingeniería genómica analizaron las ventajas, desventajas y los cuellos de botella técnicos que impiden la aplicación clínica de cada tecnología.
Los sistemas basados en recombinasas muestran precisión al unir fragmentos grandes de más de decenas de kb sin causar rupturas de doble cadena (DSB), mediante sitios de unión (attP/attB). No obstante, es necesario un paso previo para establecer sitios de aterrizaje (landing pads) reconocibles por la enzima en el genoma humano. Actualmente, se investigan intentos de eludir este problema combinando editores primos (prime editors) basados en cortes de cadena sencilla con grandes recombinasas de serina.
Los sistemas CAST y de retrotransposición han demostrado potencial para insertar cargas de ADN de 5 a 10 kb o más sin rupturas de doble cadena, utilizando ARN guía (gRNA) para localizar secuencias específicas. Sin embargo, en términos de la tasa de inserciones fuera del objetivo (off-target) y la eficiencia de integración global, siguen por debajo de los criterios clínicos. Un desafío común es que el tamaño total del complejo enzimático y la carga de ADN es demasiado grande para ser transportado mediante vectores virales o nanopartículas lipídicas (LNP). La respuesta inmunitaria innata y adaptativa desencadenada por complejos proteicos extraños tras la inyección en el organismo también es una variable que debe resolverse.
Los expertos proponen como rutas de desarrollo prioritarias la reducción del tamaño de las enzimas mediante ingeniería de proteínas, el diseño de variantes con mayor especificidad de unión mediante la resolución de estructuras basada en criomicroscopía electrónica (cryo-EM) y la optimización de ARNm de transcripción in vitro (IVT) y transportadores no virales.
Significado y perspectivas
Si se perfecciona la tecnología de inserción de genes de gran tamaño, desaparecerá la necesidad de diseñar guías personalizadas para cada tipo de variante de un paciente. Al sustituir los genes patológicos completos por secuencias normales o insertar casetes de expresión en un refugio seguro del genoma (safe harbor), será posible abordar con un único tratamiento las enfermedades genéticas causadas por cientos de variantes.
Sin embargo, para la aplicación in vivo, es esencial lograr innovaciones químicas y biológicas que superen las limitaciones de dosis de los sistemas de administración. También debe establecerse un protocolo de evaluación que verifique rigurosamente el riesgo de oncogenicidad derivado de la inserción de grandes secuencias extrañas en sitios no deseados, mediante secuenciación del genoma completo (WGS) de ultra alta precisión. Si se establecen estos estándares de seguridad, las plataformas de inserción de genes grandes de próxima generación tienen el potencial de reestructurar fundamentalmente no solo el tratamiento de enfermedades genéticas raras, sino también los procesos de producción de terapias celulares y génicas, como la fabricación de células CAR-T.
Nature Biotechnology, Published online: 17 September 2026; doi:10.1038/s41587-026-03319-6While technologies for smaller gene edits, such as base editing, have already entered clinical trials, larger gene cargoes face different challenges, including low editing efficiencies, delivery vehicle size constraints, and possible immunogenicity. Programmable genome engineering systems using recombinases; transposases, including CRISPR-associated transposases (CASTs); genome writing systems; and retrotransposons promise different avenues for therapy, but each system has unique limitations. What are the most promising strategies to further develop these technologies, and which parameters need to be further improved to make them efficient and safe for therapy? We asked three experts in the field to share their thoughts on the challenges and opportunities.
Se abre la puerta al desarrollo de un único tratamiento para enfermedades con genes defectuosos de gran tamaño y variantes diversas, como la distrofia muscular de Duchenne (DMD), la hemofilia A o la fibrosis quística. En el caso del gen de la distrofina, que alcanza los 2.2 Mb, la edición convencional de bases se limitaba al salto de exones (exon skipping), pero con la sofisticación de las tecnologías de inserción de grandes fragmentos, será posible integrar permanentemente un minigen funcional en una sola operación.
Desde la perspectiva industrial, los procesos de terapia celular de próxima generación se simplificarán drásticamente. Anteriormente, para insertar un receptor de antígeno quimérico (CAR), era necesario utilizar vectores lentivirales o procesos complejos de edición múltiple. La aplicación de un sistema de inserción de gran capacidad de alta eficiencia permitiría integrar receptores inmunitarios, interruptores de seguridad y factores reguladores en sitios genómicos específicos de las células T en un solo paso, reduciendo los costes de producción y mejorando significativamente la consistencia de la calidad entre lotes.