Tecnología CRISPR/CAS9 presente y futuro en biotecnología, y controversias de sus patentes

Por: Natalia Lamprea B. y Oscar Lizarazo-Cortés

Natalia Lamprea Bermúdez[1], Oscar Lizarazo-Cortés[2]

¿Se imagina una tecnología capaz de identificar y reparar las secuencias de ADN defectuosas en pacientes que sufren enfermedades de origen genético, tales como Huntington o fibrosis quística? Y que sirva también para prevenir y controlar las infecciones virales tales como VIH o hepatitis? Y que pueda ser usada igualmente en plantas o animales para controlar infecciones virales o eliminar características no deseables en cultivos, incluso cuando las plantas ya han crecido? O que pueda apagar y prender los genes en momentos determinados para modular la florescencia o la maduración de frutos? Estas son, entre otras, las aplicaciones que tiene el sistema CRISPR/Cas9.

Funcionamiento biológico del sistema

En el campo de la biotecnología y específicamente de la ingeniería genética, siempre fue un reto poder “identificar” un sitio específico del ADN y poder editarlo al mismo tiempo, por ejemplo para cambiar una mutación puntual que impide la formación de una proteína, o para poder eliminar toda una variante defectuosa de un gen. La tecnología CRISPR/Cas9, logra justamente eso, identificar un segmento específico de ADN y eliminarlo o reemplazarlo, usando siempre las mismas herramientas: un RNA dúplex  con la copia del ADN que se debe identificar (sgRNA) y con una secuencia corta (PAM) que se unirá al ADN y estabilizará la proteína Cas9; y una proteína (Cas 9, con actividad de endonucleasa y helicasa) guiada por el sgRNA que separa y corta las dos hebras de ADN  (Doudna y Charpentier, 2014).

El sistema CRISPR/Cas con su RNA como molécula guía que dirige la actividad de Cas fue descubierto en 2012 en las bacterias, es el sistema inmune de ellas y es empleado para defenderse del ingreso de virus y plásmidos (Jinek, et.al. 2012). Cuando un virus infecta a una bacteria, lo que hace es ingresar a la célula bacterial e insertar su ADN en el de ésta, usar la maquinaria de replicación de la bacteria para reproducirse y crear más virus. El sistema CRISPR/Cas les permite a las bacterias identificar el ADN viral, enviar un fragmento a un arreglo de ADN con secuencias cortas palíndromas repetidas separadas por espacios donde se ubicara el ADN invasor o a identificar (clustered regularly interspaced palindromic repeats -CRISPR), luego crea o transcribe un crRNA con esa secuencia invasora y la usa para identificar ese mismo segmento en cualquier parte del ADN bacterial donde se haya insertado, dirigiendo además ese crRNA a la proteína Cas9 para que corte el ADN viral y pegue de nuevo el ADN bacterial de manera que quede como el original (Makarova et. al, 2011) ( video de cómo funciona CRISPR/Cas aquí)

Aplicaciones del sistema CRISPR/Cas9

A partir de este sistema CRISPR/Cas9 bacterial, se realizaron versiones ligeramente adaptadas que permiten la edición del ADN en eucariotas –aquellos organismos que tienen membrana nuclear definida, tales como insectos, mamíferos, plantas, etc-, puesto que una vez la secuencia blanco del ADN es eliminada, el organismo tiene diferentes formas para reparar el ADN. Recientemente se desarrollaron ensayos con el sistema CRISPR/Cas para múltiples aplicaciones en enfermedades genéticas, imágenes de diagnóstico, agricultura, entre otros. Por ejemplo, se ha utilizado para eliminar cataratas causadas por una mutación dominante en el gen Crygc en ratones y logrando que la descendencia del ratón no tuviera la enfermedad (Wu,et.al.,2013); se reparóin vitro del loci CFRT defectuoso en células madre intestinales aisladas de pacientes con fibrosis quística (Schwank et. al., 2013);  se han modificado genes de diferentes tipos de plantas (Jiang et. al. 2013) y se han realizado pruebas de imágenes diagnósticas en genes de interés al incluir proteínas de fluorescencia en el sgRNA (Chen, et. al., 2013). Los campos de aplicación de la tecnología CRISPR/Cas9 están en desarrollo y su proyección es alentadora, se estima que además será protagonista en el diseño de drogas por su actividad como modulador de la expresión de genes, por ello ya algunas compañías farmacéuticas como Astrazeneca y Novartis han invertido en la tecnología.

Solicitudes de patentes y su conflicto actual

Aunque hay dos solicitudes de patente que han generado el conflicto más relevante y publicitado, debe tenerse presente que hay varios grupos de investigación y empresas que habían publicado previamente resultados de investigación relacionados con el funcionamiento de CRISPR/Cas y sus aplicaciones en la edición de genes, y que actualmente también tienen solicitudes de patente en trámite (Granahan y Loughran, 2014).

Los actores en este conflicto son los investigadores y co-inventores de algunas de las solicitud de patentes  y las entidades en que trabajan, los investigadores mantienen su bata de laboratorio pero la complementan con su atuendo de emprendedores en diferentes start-ups en algo que ya empieza  a tener aspecto de red compleja y enredada (Regalado, 2014):

1. a)Jennifer Doudna de la Universidad de California-Berkeley, tras distanciarse de Zhang y de Editas Medicine de la cual fue co-fundadora, ahora es socia deCaribou Biosciences@CaribouBIo, compañía que recientemente suscribió un acuerdo con Novartis, que a su vez  tiene alianzas con Intellia.
2. b)Zhang investigador del Broad Institute trabaja con la compañía Editas Medicine@editasmed  junto a otros investigadores, se enfocan en terapias humanas,   obtuvieron licencia del titular de la patente en US, el  Broad Institute.
3. c)Emmanuelle Charpentier cedió sus derechos y es una de las fundadoras científicas de  CRISPR Therapeuticsfirma apoyada por Versant Ventures.

Tanto la investigación de Zhang, como la del equipo de Doudna tuvieron apoyo de  los Institutos Nacionales de Salud – NIH- de EEUU, como se señala en la patente concedida y en la solicitud en trámite.

La solicitud de patente que tiene como co-inventoras a Emmanuelle Charpentier y Jennifer Doudna, está relacionada con la edición de genomas por el uso de CRISPR/Cas9, fue presentada en la Oficina de Patentes de Estados Unidos – USPTO el 15 de marzo de 2013 y tiene fecha de prioridad del 25 de mayo de 2012 (PCT/US2013/032589)[3] (Aquí para Link USPTO).Los solicitantes son la Universidad de California, Universidad de Viena y Jennifer Doudna. Dicha solicitud de patente reclama el sistema RNA dirigido a ADN con cada uno de sus elementos, secuencia PAM, sgRNA y Cas9 con diferentes secuencias alternativas (reivindicaciones 1-6); vectores de expresión con diferentes variantes de estos elementos (reivindicaciones 7-17); células transgénicas y organismos transgénicos expresando el sistema CRISPR/Cas9 con diferentes variantes (Rv 38-43), composiciones que contienen el sistema CRISPR/Cas9 (Rv 44-63); método de modificación del ADN sitio-específica con múltiples genes posibles a modificar por disminución o por incremento de su expresión (Rv 64-94), modificación por métodos in-vitro o in-vivo (Rv 95-96), método de tratamiento de sujetos por sistema CRISPR/Cas (Rv 97-108); kit que contiene distintas variantes del sistema CRISPR/Cas (Rv 109-155).

La patente del investigador Feng Zhang relacionada con el sistema CRISPR/Cas9 y método para editar la expresión de genes en células eucariotas, ya fue concedida en la USPTO (US 8,697,359), sus titulares sonThe Broad Institute, Inc., y Massachusetts Institute of Technology (MIT), ambos de Estados Unidos, tiene fecha de prioridad del 12 de diciembre de 2012. Protege el método para alterar la expresión de genes usando CRIPR/Cas9 en células eucariotas, incluidas las de mamíferos y humanos (reivindicaciones 1-7), el sistema CRISPR/Cas9 como tal, con su principio de funcionamiento y adaptación para células eucarióticas, para disminuir o interrumpir la expresión de genes (reivindicaciones 8-20). Esta misma invención ya fue presentada vía PCT (WO2014093661) y en la Oficina Europea de Patentes -EPO.

Aunque la solicitud de Zhang fue presentada el 15 de octubre de 2013, fue estudiada por vía fast-track por lo que su estudio y concesión (15 abril 2014) fue anterior a la de la solicitud de Doudna y Charpentier, pese a que su prioridad es posterior a ésta (Sherkow J, 2015). Ambas solicitudes incluyen la protección del sistema básico de funcionamiento del CRISPR/Cas9 y varias de sus aplicaciones generales en la modificación de expresión de genes.

Las disputas entre Zhang y Doudna/Charpentier o mejor entre Broad Institute y U.California-Berkeley,  se dan en una “transición” entre el sistema first to invent anteriormente vigente en EEUU y el sistema first to file establecido a partir de la norma AIA –American Invents Act. (Lash, 2014, 2015). También se aderezan con la participación de terceros anónimos que pueden enviar comentarios third party relevance submission  (Xconomy, 2015) a los diferentes procesos en curso  (a diferencia de lo que ocurre con la relativamente limitada posibilidad de presentar observaciones de la Decisión 486, 60 días después de la publicación, demostrar legítimo interés y pagar una tasa que no tiene ningún descuento, incluso  para universidades o pymes).

Dichas patentes y la forma en que se gestionen, en particular los modelos de licenciamiento que se empleen pueden bloquear o dificultar el acceso a la tecnología de otras empresas e investigadores y hacer que no se desarrolle todo el potencial de la herramienta debido a falta de libertad de operación. En Estados Unidos, por haber financiado parte de las Investigaciones los Institutos Nacionales de Salud (dotados con robustos presupuestos), tienen licencia no exclusiva libre de regalías sobre la patente de Zhang  (licencia confirmatoria) y la solicitud de Patente Doudna/Charpentier, esto con base en la norma Bayh-Dole Act, 37 CFR 401, Sec. 401.14 Standard patent rights clauses.  Otras empresas, como GE General Electric en su división de Ciencias de la Vida, ya obtuvieron una licencia del  Broad Institute y Zhang (MIT-Harvard).

Algunos antecedentes históricos en materia de licenciamiento de tecnología y otros expertos  tales como Jacob Sherkow (2015) sugieren que la forma de resolver esto puede ser a través de esquemas de licenciamiento flexibles y no exclusivos, tal como sucedió en los 70 y 80 en Estados Unidos con las patentes para las tecnologías de ADN recombinante desarrolladas por Stanford, la Universidad de California San Francisco y posteriormente Genentech, caso paradigmático en materia de transferencia tecnológica (Feldman, et.al, 2007). También sugieren tener en cuenta el caso de la Reacción en Cadena de Polimerasa PCR  (Sherkow, 2015)  desarrollada por Cetus  (US 4,965,188) y cedida a Roche, técnica que permite amplificar y replicar ADN y es usada ampliamente en procesos de paternidad, investigación en genes, en este caso  si bien la protección por propiedad intelectual fue fuerte, en aras de que se expandiera la tecnología existió cierta tolerancia de los titulares de derechos sobre los investigadores que en algunos casos la usaban sin licencia (Fore, 2006), dado que en Estados Unidos no existe una excepción estatutaria de experimentación.  El problema en caso como CRISPR/Cas  es que podrían llegar a requerirse varias licencias de diferentes titulares.

Sin embargo, se podrían reducir los costos de transacción y aumentar la seguridad jurídica si desde un principio solo se protegen mediante patente aquellas reivindicaciones que realmente lo ameriten, aquellas que sean verdaderas invenciones y no meros descubrimientos, y se dejan en “dominio público” los elementos básicos de la herramienta, por ejemplo las secuencias naturales de Cas 9 .

Por lo anterior, este caso también pone una vez más sobre la mesa la discusión sobre “materia patentable” en biotecnología. ¿qué debe protegerse y qué no? ¿cuál es el alcance y los límites a la protección?

Estado actual de solicitudes en Colombia

En Colombia, no se solicitaron las patentes iniciales de las tecnologías de ADN recombinantes ni de PCR, esto confirió amplia libertad de operación a investigadores nacionales, pues además de estar amparadas por la excepción de investigación prevista en la Decisión 486, debido al principio de territorialidad de las patentes podían emprender legalmente actividades con fines aplicados y comerciales sin infringir patente alguna. Por ello hace varios años se encuentran polimerasas en el mercado comercializadas por entes nacionales.  Estas son adquiridas a precios cómodos por laboratorios, centros de investigación, empresas y universidades y se emplean en una amplia gama de investigaciones en biociencias, salud, agricultura etc.

En contraste en Colombia, si se presentó una de las principales solicitudes de patente para  CRISPR/ Cas9. El 25 de noviembre de 2014 se radicó la solicitud de patente de Doudna y Charpentier (PCT/US2013/032589, WO 2013/176772) que corresponde al expediente colombiano 14-259531, contiene las mismas reivindicaciones de la solicitud en Estados Unidos.

Según el sistema de consulta de la SIC a la fecha nadie ha presentado observaciones u oposiciones (aún está en periodo de oposiciones). De concederse todas las reivindicaciones de esta solicitud de patente, toda investigación que pretenda usar el sistema CRISPR/Cas9 con fines comerciales posiblemente deberá obtener licencia de los titulares. Probablemente las investigaciones puramente académicas sin fines comerciales podrían beneficiarse de la excepción de experimentación prevista en la Decisión 486 (Artículo 53). Sin embargo, muchos de los proyectos de regalías o aquellos enmarcados en relación Universidad-Empresa no se verían amparadas por esta excepción y tendrían que contar con licencia.

Por ello entre otras opciones los investigadores y empresarios deben estar dispuestos a obtener licencias para poder desarrollar sus actividades legalmente.  Otra alternativa, puede ser que solo se concedan algunas reivindicaciones de la solicitud de patente, y que las herramientas más básicas y fundamentales de investigación permanezcan en el dominio público en Colombia, esto dependerá –en parte- de que la oficina de patentes haga un examen riguroso de la solicitud y eventualmente de que terceros realicen observaciones u oposiciones fundamentadas.

Esta interesante herramienta CRISPR-CAS, que representa buena parte del presente y futuro para las investigaciones y aplicaciones en ciencias biológicas y ciencias médicas, pone sobre la mesa la importancia de un “descubrimiento” con la capacidad de convertirse en una herramienta útil para muchos campos de investigación, la necesidad de poder emplearlo con todo su potencial y los límites que debe tener la materia patentable.

Referencias Bibliográficas

Chen B., et. al., Dynamic imaging of genomic loci in living human cells by an optimized CRISPR/Cas system. Cell 155, 1479–1491 (2013).

Doudna Jennifer A.  and Emmanuelle Charpentier, The new frontier of genome engineering with CRISPR-Cas9. Science, Vol. 346 issue 6213 (2014).

Feldman MP, A Colaianni and C Liu. 2007. Lessons from the Commercialization of the Cohen-Boyer Patents: The Stanford University Licensing Program. En Intellectual Property Management in Health and Agricultural Innovation: A Handbook of Best Practices (eds. A Krattiger, RT Mahoney, L Nelsen, et al.). MIHR: Oxford, U.K., and PIPRA: Davis, U.S.A. Disponible online en www.ipHandbook.org.

Fore J, Wiechers IR, Cook-Deegan RM. The effects of business practices, licensing, and intellectual property on development and dissemination of the polymerase chain reaction: case study. Journal of Biomedical Discovery and Collaboration 1:7. 2006.

http://www.j-biomed-discovery.com/content/pdf/1747-5333-1-7.pdf

Granahan Patricia and Loughran Chelsea A.  CRISPR/Cas-9: An Exciting Addition to Genomic Editing. Life Sciences Law & Industry Report – March 2014.http://www.wolfgreenfield.com/files/granahan_and_loughran__crispr_cas9_.pdf

Jiang W. et. al., Demonstration of CRISPR/Cas9/sgRNA-mediated targeted gene modification in Arabidopsis, tobacco, sorghum and rice. Nucleic Acids Res. 41, e188 (2013).

Jinek M. et. al., A programmable dual-RNA –guided DNA endonuclease in adaptive bacterial immunity. Science 337, 816 –821 (2012).

Lash Alex, Intrigue and Outdated Rules Complicate Big Biotech Patent Fight, Portal Xconomy (2014)

http://www.xconomy.com/national/2014/12/16/intrigue-and-outdated-rules-complicate-big-biotech-patent-fight/

Lash Alex, With Atlas Cash and Berkeley Tools, Intellia Joins the CRISPR Fray, Portal Xconomy (2014)

http://www.xconomy.com/boston/2014/11/18/with-atlas-cash-and-berkeley-tools-intellia-joins-the-crispr-fray/

Lash Alex, Ready Aim. CRISPR: Will Gene-Editing Tools Hit Their Targets? (2015)

http://www.xconomy.com/national/2015/02/17/ready-aim-crispr-will-gene-editing-tools-hit-their-targets/

Makarova K. S. et. al., Evolution and classification of the CRISPR-Cas systems. Nature. Rev. Microbiol. 9, 467 –477 (2011).

Regalado Antonio. El hallazgo biotecnológico del siglo está envuelto en una guerra de patentes. MIT Technology Review, diciembre 2014.http://www.technologyreview.es/read_article.aspx?id=46583

Schwank G. et. al., Functional repair of CFTR by CRISPR/Cas9 in intestinal stem cell organoids of cystic fibrosis patients. Cell Stem Cell 13, 653 –658 (2013).

Sherkow Jacob. Law, history and lessons in the CRISPR patent conflict. Nature biotechnology, vol 33 (5):256-257 (2015).

Wu Y. et al., Correction of a genetic disease in mouse via use of CRISPR-Cas9. Cell Stem Cell 13, 659 –662 (2013).

[1] Bióloga, Magíster en Biología. Especialista en Propiedad Intelectual. Asesora de patentes, independiente.

[2] Abogado. Magíster en Propiedad Intelectual. Candidato a PhD. Profesor de la Universidad Nacional de Colombia, Director Grupo de Investigación Plebio

[3] Con publicación internacional WO2013/176772

*La imagen ha sido suministrada por los autores para la presente publicación