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“Sistemas CRISPR-Cas, una revolución biotecnológica con origen bacteriano”, Dr. Francisco M. Mojica - Contenido educativo

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Subido el 26 de diciembre de 2021 por Francisco J. M.

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Es genial el tener la oportunidad de hablarles sobre estos fantásticos sistemas CRISPR-Cas. 00:00:06
Lo habría sido también hace unos años, 10-20 años, pero lo es mucho más ahora que estamos inmersos en esta revolución 00:00:26
que amenaza con cambiarnos la vida, incluso más que Internet o el teléfono móvil, 00:00:34
pero desde luego desde otro punto de vista más saludable. 00:00:42
Se prevé que estos sistemas puedan curar enfermedades hasta la fecha intratables 00:00:45
Y eso no está muy lejos 00:00:52
Si todo va bien, probablemente en unos años 00:00:53
Pero seamos prudentes 00:00:56
La técnica ahora mismo todavía no está lista para eso 00:00:59
Se pueden hacer muchas cosas formidables sin llegar todavía hasta ese punto 00:01:03
Realmente la situación, les puedo asegurar 00:01:08
Yo que he estado desde un cuarto de siglo metido en este tema 00:01:12
Ha cambiado radicalmente 00:01:15
A partir de la entrega de los premios Princesa de Asturias 00:01:17
Aparece muy asiduamente el artículo sobre estas maravillosas herramientas 00:01:22
Aparece incluso y es nombrada en serie de televisión 00:01:29
Como un producto químico CRISPR-Cas9 00:01:36
Esto me lo mandó hace unas semanas un ex alumno, dice mira Francis, anda, hasta en las series de televisión aparece ya estas secuencias de procariotas que ahora parece ser que más que sus aplicaciones en procariotas parece que lo importante realmente es que se pueden aplicar a seres vivos absolutamente cualquiera, incluidos nosotros. 00:01:40
Se están otorgando premios a las CRISPR, más que a las CRISPR, a personas que han contribuido de forma fundamental a la puesta a punto y a sentarlas a la base realmente de esta nueva tecnología CRISPR-Cas. 00:02:01
Emmanuel Chagpentier y Jennifer Dauna, ellas han recibido el premio Príncipe de las Tuyas y muchos más. 00:02:18
Feng Zhang, Emanuel y Jennifer son firmes candidatos al CRISPR, se esperaba que, perdón, al premio Nobel, se esperaba que lo obtuvieran este año, pero por cuestiones varias no ha sido así, pero muy probablemente lo obtendrán, si no, el año que viene, en años venideros. 00:02:25
pero antes de nada quisiera definir cuáles son los componentes de los sistemas CRISPR-Cas para que nos vayamos entendiendo. 00:02:44
Esto es un esquema de una célula bacteriana, son tremendamente sencillas, en este esquema tenemos la célula dividida por la mitad, 00:02:51
vemos que en el interior no hay prácticamente nada, es como una sopa en la que están en suspensión todos los componentes disueltos, 00:02:59
los nutrientes, el ARN, las proteínas, los ribosomas. Llama la atención esta parte de aquí, esto es el genoma de la bacteria, 00:03:07
donde reside la información que utiliza la bacteria para sintetizar todos sus componentes celulares, para regular, para que funcione realmente la célula. 00:03:16
Es el disco duro del ordenador. Este genoma en bacteria está constituido por una única molécula circular formada por dos cadenas. 00:03:25
cada una de estas cadenas está constituida por una secuencia, es decir, una sucesión de unidades repetidas 00:03:34
que son los nucleótidos y esos nucleótidos los representamos por letras 00:03:40
hay cuatro letras ACG y T, una cadena es complementaria a la otra 00:03:44
lo cual quiere decir que donde hay una A en una cadena en la otra habrá una T y viceversa 00:03:50
y donde hay una C habrá una G, entonces las dos cadenas estarán unidas una a la otra 00:03:54
a nivel de enlaces entre estas As en una cadena y las Ts en la otra, Cs en una y Gs en la otra. 00:03:59
Bien, pues cuando leemos esta frase, que podemos considerar una frase muy larga, 00:04:04
en dos cadenas, dos frases, por lo tanto, una complementaria a la otra, 00:04:09
ahí se podría considerar una frase constituida por palabras sin ninguna interrupción, 00:04:13
una seguida detrás de la otra, no hay espacios, no hay comas, 00:04:20
cuatro o cinco millones de letras 00:04:23
que es lo que constituye el genoma, el cromosoma 00:04:27
típico de una bacteria 00:04:30
pues empezamos a leer y de momento nos vemos con una palabra 00:04:31
que se repite varias veces 00:04:34
pero que no se repite una después de la otra 00:04:36
sino que estas palabras repetidas están regularmente espaciadas 00:04:39
en lugar de decir Pedro, Pedro, Pedro 00:04:43
que sería una repetición de la misma palabra seguida 00:04:46
pues es Pedro, Juan, Pedro, Adela, Pedro, Ángel 00:04:48
Cada una de estas unidades repetidas se denomina una CRISPR, que como bien han comentado, CRISPR es el acrónimo de repeticiones palindrómicas cortas regularmente espaciadas y agrupadas. 00:04:51
Una verdadera barbaridad, pero que realmente lo que decidimos cuando acuñamos el término fue generar un acrónimo que realmente incluyera todas las características de la familia. 00:05:04
Lo de palindrómica, no sé si lo sabrán, palindrómico es que se lee igual en un sentido que en el otro 00:05:16
Ojo, por ejemplo, o ala, sería un ejemplo de palabra palindrómica 00:05:21
Bien, entre estas unidades repetidas hay unas secuencias únicas, unos fragmentos de ADN únicos, no repetidos 00:05:26
que se llaman, como no, espaciadores 00:05:33
Recordad lo de los espaciadores porque luego volveremos a insistir en ellos varias veces 00:05:35
Y muy próximo a estas agrupaciones de repeticiones CRISPR y espaciadores hay unas regiones que contienen la información para la síntesis de los genes de las proteínas CAS. 00:05:41
Estos son los genes CAS asociados a CRISPR. 00:05:54
Puede haber entre 3 y 33 genes distintos asociados. 00:05:58
Juntos en una misma agrupación puede haber hasta 600 repeticiones CRISPR de estas que os digo. 00:06:04
Las proteínas K son verdaderamente los ejecutores de la actividad CRISPR. 00:06:09
Empezamos con el descubrimiento de los primeros elementos de estos sistemas, como he comentado anteriormente, en el año 1987 se describieron por primera vez estas repeticiones regularmente espaciadas en una bacteria que no sé si conoceréis, Escherichia coli o simplemente E. coli, abreviada, 00:06:16
es una bacteria que habita en nuestro intestino, en el de todos los animales. 00:06:36
En el año 1993 encontramos unas repeticiones semejantes a las de E. coli 00:06:41
en cuanto a estructura, no en cuanto a secuencia, 00:06:48
pero sí en cuanto a estructura en unos organismos totalmente distintos, radicalmente distintos. 00:06:51
Eran también microorganismos prokaryóticos, semejantes a las bacterias. 00:06:57
En lugar del intestino habitaban en las salinas, 00:07:01
realmente esto es una fotografía aérea de las salinas de Santa Pola, que es donde se aisló precisamente el microorganismo 00:07:03
donde encontramos estas repeticiones, aloferas mediterránei, y aloferas es el responsable en parte de ese color rosáceo rojizo 00:07:11
de las salinas cuando se evapora el agua y aumenta la concentración de sales, ahí prácticamente no crece nada, 00:07:20
pero estos sí, estos son amantes de la sal, estos viven a concentraciones de sal muy elevadas. 00:07:25
Bien, describimos entonces estas repeticiones en este grupo de microorganismos 00:07:30
y además fue precisamente con estos microorganismos de las salinas 00:07:35
donde se llevaron a cabo los primeros estudios dirigidos a establecer cuál podía ser su función en la célula 00:07:39
Se habían descrito en E. coli, se habían visto también en Mycobacterium tuberculosis 00:07:46
la bacteria que produce la tuberculosis y se habían visto en unos microorganismos que no tenían nada que ver con los otros 00:07:50
Por lo tanto, eso es lo que nos estaba diciendo, es que deberían de estar presentes en muchos microorganismos muy diversos. 00:07:55
Y eso es lo que nos estaba diciendo, es que deberían de ser muy importantes. 00:08:01
Y efectivamente lo eran. 00:08:05
Cuando nosotros manipulábamos estas secuencias, cuando le añadíamos más secuencias al organismo, 00:08:06
con estas mismas repeticiones, los organismos se morían. 00:08:12
Es decir, eran secuencias que tenían un efecto tremendo sobre las bacterias. 00:08:16
En el año 2000 analizamos todo lo que pillamos en las bases de datos, todas las secuencias disponibles buscando estas repeticiones y las encontramos en muchos microorganismos muy diversos, tal y como predecíamos. 00:08:19
En ese momento definimos por primera vez una nueva familia de repeticiones que nos había descrito hasta la fecha, la que llamamos SRSR, eso es impronunciable, en español y hasta en inglés. 00:08:35
De manera que realmente al año de haber publicado este artículo, Ruth Janssen, como bien apuntabas, de la Universidad de Utrecht en Holanda, me sugirió la posibilidad de cambiar este nombre de la familia por otro que fuera más fácil de pronunciar y que fuera más descriptivo. 00:08:48
descriptivo. Inmediatamente le propuse la posibilidad de nombrarlas CRISPR, de confesar 00:09:07
que antes de decírselo, se lo consulté a mi mujer, que no tiene nada que ver con la 00:09:14
ciencia, no sabía nada, y le digo, ¿cómo te suena esto? Y dice, oye, pues no suena 00:09:17
mal. La verdad es que a mí tampoco me convencía, y sigue sin convencerme de confesarlo, propuse 00:09:20
otras alternativas, RISER. RISER me sonaba fantástico, pero a estos les encantó lo 00:09:27
de CRISPR, probablemente porque suena más crispy. Acordamos utilizar el término CRISPR 00:09:31
a partir de ese momento y el primer artículo en el que apareció realmente el acrónimo 00:09:39
CRISPR fue en este artículo por Ruud Janssen, el simpático holandés, en el que se describía 00:09:47
y se identificaban también por primera vez unos genes asociados a esas repeticiones, 00:09:54
justo al lado de estas repeticiones, lo que denominó entonces asociados a CRISPR-Cas. 00:10:00
Bien, les puede haber parecido muy poco, estamos hablando de todos estos años, 1997 y realmente hasta el 2004, 00:10:08
eso fue prácticamente todo, aparte de alguna publicación en la que se secuenciaban genomas completos de bacteria 00:10:16
y encontraron esas repeticiones, entonces simplemente se informaba la presencia de más repeticiones en otros sitios 00:10:23
y prácticamente eso, a nadie le importaban estas repeticiones neprocariotas que vete tú a saber para qué servían 00:10:28
y que según muchos probablemente no servían para nada, cosa que evidentemente no es cierta. 00:10:35
Sin embargo, esta tendencia cambió y cambió súbitamente en primer lugar en el año 2005. 00:10:40
En el año 2005 conseguimos publicar este artículo, después de dos años luchando con las editoriales, 00:10:46
conseguimos publicarlo finalmente donde describíamos cuál era el origen de esos espaciadores que os comentaba antes 00:10:53
las secuencias que hay justo entre las repeticiones 00:10:59
hasta entonces no se sabía de dónde venían ni cómo se generaban 00:11:03
pero en ese momento nosotros pudimos confirmar que esas secuencias venían nada más ni nada menos que de virus 00:11:06
de virus que infectan a las bacterias 00:11:13
al igual que nos ocurre a nosotros que nos infectan los virus, las bacterias también sufren el ataque de los virus 00:11:15
Para que tengáis una idea, en el planeta se estima que debe haber unos 10 elevado a 30 bacterias aproximadamente. 00:11:21
La mitad de todas esas bacterias son destruidas por virus cada uno o dos días. 00:11:34
Realmente los virus de las bacterias son los responsables de mantener dentro de un control a las bacterias en la Tierra. 00:11:39
Estos virus reconocen en la superficie de las bacterias unos receptores específicos 00:11:50
y a partir de ese momento lo que hacen es no meterse todo el virus dentro de la célula 00:11:55
sino que inyectan el material genético del propio virus 00:12:00
y una vez dentro, esa información es utilizada por la maquinaria celular 00:12:04
el virus engaña a la bacteria y utiliza su propia maquinaria 00:12:09
para producir muchas más partículas víricas, hasta miles de partículas víricas dentro de esa célula 00:12:12
Al final el virus lo que hace es romper la envoltura de la bacteria y se liberan miles, incluso miles de virus que están dispuestos para infectar a otras tantas bacterias. 00:12:18
Bien, pues lo que pudimos comprobar es que esos espaciadores, al menos algunos de ellos, tenían unas secuencias que se correspondían exactamente con fragmentos del genoma de virus. 00:12:32
Esto evidentemente no era casualidad, no era un recuerdo que se guardaban las bacterias de virus que habían estado por allí 00:12:44
Eso no lo hacen las bacterias, no tienen nostalgia las bacterias 00:12:53
Si se guardan un fragmento de ADN y lo meten justo aquí entre dos repeticiones 00:12:57
y lo mantienen generación tras generación es por algo 00:13:02
Evidentemente ese algo tiene que tener un beneficio muy grande para la célula 00:13:05
Y el beneficio no podía ser otro, y así lo vimos nosotros de claro 00:13:09
que el conferirle resistencia a ese virus. 00:13:13
Lo que están haciendo las bacterias introduciendo estos nuevos fragmentos procedentes de virus 00:13:16
es tomando las huellas digitales de esos virus. 00:13:21
Cuando una bacteria ha sufrido el ataque de un virus, se queda la huella digital, 00:13:24
se queda un recuerdo de ese virus, se lo pasa a la descendencia para que esos descendientes estén alerta 00:13:29
y cuando vuelvan a ser infectados por el mismo virus con el cual tuvo una mala experiencia, 00:13:35
su tataratatarabuelo, esa bacteria es capaz de reconocer aquello como un bicho malo, lo detecta, lo reconoce y lo mata y lo destruye. 00:13:41
Realmente esto es un sistema inmune y se demostró por primera vez por un grupo que trabajaba en la empresa Danisco. 00:13:51
Danisco es una empresa relacionada con alimentación y entre los muchos productos que generan, 00:13:59
preparan suspensiones de bacterias para la fermentación de lácteos 00:14:05
para la producción de yogur, para la producción de quesos 00:14:11
Trabajando con estas bacterias pudieron comprobar que aquellas que eran resistentes a un virus 00:14:13
cuando los sometías a una infección por ese virus 00:14:21
sobrevivían después de un tiempo a algunas de esas células 00:14:24
aunque inicialmente eran sensibles a algunas, resulta que sobrevivían 00:14:28
y a las supervivientes le miraban las agrupaciones de repeticiones que nosotros habíamos descrito anteriormente 00:14:31
y encontraban que habían adquirido nuevos espaciadores 00:14:39
y que esos espaciadores resulta que eran idénticos a fragmentos de los virus 00:14:43
y esas bacterias eran resistentes ahora al virus 00:14:48
y cuando le transferían esos desplazadores, que se puede hacer, 00:14:51
le transferían esos espaciadores a otra bacteria que era sensible al virus, la hacía resistente. 00:14:54
fantástico, esto es un sistema de inmunidad adquirida 00:14:59
exactamente igual en términos de consecuencias a nuestro sistema inmunitario 00:15:03
nosotros generamos anticuerpos, ellos generan otra cosa 00:15:09
esquemáticamente esto sería una célula bacteriana 00:15:12
elimino todo lo que nos interesa 00:15:18
aquí tenemos un sistema CRISPR-Cas completo 00:15:20
con una agrupación CRISPR con espaciadores 00:15:23
los genes Cas, las proteínas Cas 00:15:25
y ese es un virus que llega a infectar a la bacteria. 00:15:28
Lo primero que hace el virus, una vez que detecta que eso es un buen, en teoría, un buen huésped, 00:15:31
introduce su material genético y una de las proteínas K, que actúa como si dijéramos un escáner, 00:15:36
toma una copia, todavía no sabemos muy bien cómo lo hace, de una parte de ese genoma del virus 00:15:43
y lo introduce en una de esas agrupaciones CRISPR que tiene la bacteria. 00:15:49
A partir de ese momento la bacteria queda inmunizada. 00:15:55
Para poder detectar en el caso de que vuelva a entrar otro virus y actuar contra él, 00:15:58
esta información tiene que ser copiada en elementos que se muevan 00:16:04
y esos elementos que se mueven son ARNs que sirven como guías. 00:16:08
Se copia esa información y se generan estas pequeñas moléculas que son ácidos ribonucleicos 00:16:12
que contiene cada una de ellas y se da en cuenta la información de cada uno de estos espaciadores de forma individual. 00:16:17
es decir, tenemos guías que tienen fragmentos, cada una de ellas un solo fragmento 00:16:24
que se corresponde con la secuencia de un virus 00:16:29
nos fijamos solamente en el rojo que era del cual obtuvo ese fragmentito de aquí 00:16:32
cuando infectó ese virus anterior 00:16:37
pues si vuelve ese mismo virus en un descendiente de la población 00:16:39
porque a diferencia de lo que ocurre con nuestro sistema inmune 00:16:42
las bacterias le transmiten esa herencia magnífica de inmunidad a sus descendientes 00:16:45
nosotros no podemos evidentemente 00:16:51
si vuelve ese virus inyecta el material genético y ese material genético será reconocido por el guía RNA correspondiente 00:16:53
simplemente porque se corresponden las secuencias, coteja esta huella de este virus que ha entrado 00:17:05
es idéntica a la huella que yo tomé anteriormente o un ancestro mío y una vez que lo ha cotejado ve que es correcto 00:17:11
llama a la proteína Cas correspondiente que corta ese DNA del virus invasor y lo degrada. 00:17:18
Por lo tanto, para la infección. 00:17:27
Esto es un sistema inmune en toda regla, un sistema de inmunidad adquirida 00:17:30
de esos organismos supuestamente tan simples que son las bacterias. 00:17:34
Bien, esto podría ser todo y muy satisfechos que estábamos todos cuando realmente se demostró 00:17:41
que esto era un sistema inmune, pero anda que esto no es todo, ni muchísimo menos. 00:17:47
Quizá esto sea complicar un poco de más el tema, pero no puedo dejar de comentarlo, 00:17:52
aunque sea muy por encima. 00:17:56
Simplemente por las consecuencias maravillosas que tiene este sistema inmunitario 00:17:59
que sirve no solo para lo que os he comentado, sino para muchas más cosas. 00:18:05
De las cuales estamos empezando a aprender poco a poco cuáles pueden ser 00:18:08
y seguro que hay muchas más. 00:18:12
Estos simplemente son tres ejemplos que les voy a comentar. 00:18:14
Antes les he hablado de cómo un virus es capaz de infectar a una bacteria y producir muchos virus 00:18:17
provocando la muerte de la célula, pero eso no ocurre siempre 00:18:25
igual que cuando nosotros tenemos una infección por un virus del herpes 00:18:30
entra y se queda con nosotros prácticamente toda nuestra vida en muchos casos 00:18:33
y cuando uno sufre una situación de estrés, una bajada de defensas 00:18:38
vuelve a salir ese virus que estaba en estado latente 00:18:41
Prácticamente por el mismo sitio por el que entró y te surge otra vez el herpes. 00:18:44
Algo así pueden hacer también los virus de bacterias. 00:18:48
Un virus de una bacteria puede introducir su material genético y ese material genético se inserta en el cromosoma de la bacteria 00:18:52
y ahí se queda, generaciones y generaciones, hasta que en un momento dado entiende que el huésped ya no es bueno 00:18:59
y cuando el huésped no es bueno hay que salir por piernas y en este caso se induce ese ciclo 00:19:05
que produciría muchas partículas víricas y mataría a la célula. 00:19:12
Pues esto es lo que puede ocurrir en algunos casos en una bacteria en concreto donde se ha estudiado 00:19:17
que está relacionado precisamente con la actividad CRISPR en la que se cuenta del tema 00:19:23
una bacteria concreta que tiene un virus, el genoma de un virus insertado en su propio material genético de la bacteria 00:19:28
mientras esa bacteria esté por el ambiente no pasa nada o casi nada 00:19:38
pero el problema realmente más que para la bacteria para la comunidad de bacterias 00:19:42
y en bacterias lo importante no es el individuo a diferencia de nosotros 00:19:47
en bacterias lo importante es la comunidad 00:19:51
cuando esa bacteria que lleva ese virus que podría amenazar al resto de bacterias de una comunidad 00:19:53
cuando se encuentra formando parte de esa bacteria de lo que se denomina un biofilm, una biopelícula 00:20:00
vosotros tenéis biopelículas todos, incluso aunque os lo hayáis lavado los dientes a mediodía 00:20:06
los dientes, esa capa mucosa que se genera a las pocas horas de haberse cepillado a los mismos 00:20:12
esa capa mucosa es un biofilm, es una biopelícula constituida por muchas bacterias 00:20:18
a las bacterias les encanta estar en comunidad y en el momento que tienen posibilidad de estar en una superficie 00:20:22
se cogen a ella y forman grandes comunidades. 00:20:27
Pues si una de estas bacterias que está infectada por el virus forma parte de una comunidad, 00:20:30
lo que ocurre en ese momento es que el sistema CRISPR que tiene se activa y mata a la bacteria 00:20:35
para evitar que se produzca un virus que mate al resto de la comunidad. 00:20:40
Es un suicidio altruista por el beneficio del resto de la comunidad. 00:20:44
Esto es lo que parece, heces. En la superficie de estas heces hay unas bolitas amarillas. 00:20:47
Esas bolitas amarillas son grupos de bacterias. 00:20:54
Hay bacterias que cuando no tienen nutrientes en el medio, lo que hacen es diferenciarse, 00:20:57
moverse todas ellas juntitas y forman unas montañitas donde se diferencian estas células en esporas. 00:21:03
Estas esporas son resistentes durante mucho tiempo a condiciones adversas. 00:21:12
Pues los sistemas CRISPR-Cas de estas bacterias están implicados directamente en la regulación de la formación de estas bolitas amarillas, 00:21:16
de estos cuerpos fructíferos, de estas esporas de las bacterias. 00:21:26
Y por si fuera poco, ahora sí que ya muy por encima, nuestro sistema inmune cuando detecta una bacteria lo puede destruir de muchas maneras, 00:21:30
tiene que detectar como algo extraño y para eso tiene que reconocer unos componentes en la superficie de la bacteria. 00:21:39
Francisela novicida es una bacteria patógena de animales, incluidos humanos, con un sistema CRISPR-Cas 00:21:44
Cuando entra en nuestro organismo, el sistema CRISPR-Cas detecta dónde está 00:21:51
y evita que se forme esa molécula, esa proteína, que en el caso de que estuviera expuesta en el exterior de la célula 00:21:55
sería reconocida por nuestro sistema inmune y la mataría 00:22:02
Y de esa forma la bacteria pasa desapercibida 00:22:05
Es decir, el sistema CRISPR-Cas encima es capaz de aumentar la patogenicidad de las bacterias 00:22:07
Para evadir nuestro propio sistema inmune 00:22:14
Esto es una barbaridad, sinceramente, y no es todo 00:22:17
Además, en bacterias los sistemas CRISPR-Cas están en virus 00:22:22
Hay virus que tienen sistemas CRISPR-Cas 00:22:27
Le han robado la cartera a la bacteria 00:22:30
Este virus es de vibrio cólera 00:22:32
La bacteria produce el cólera 00:22:35
Tiene un sistema CRISPR-Cas completito 00:22:37
Le ha quitado un sistema contra el virus que tenía la bacteria y se la ha llevado él 00:22:40
Imaginar para qué lo utiliza 00:22:45
Contra la bacteria 00:22:46
Le ha robado la pistola totalmente 00:22:49
Este sistema CRISPR-Cas está diseñado para que cuando el virus infecte a la bacteria 00:22:52
Actúe contra otro sistema de defensa antivírico que tienen las bacterias 00:23:00
Tremendo 00:23:05
Bien, todas estas distintas funciones están relacionadas con la enorme diversidad de sistemas CRISPR-Cas 00:23:06
Aquí les represento simplemente los subtipos de sistemas CRISPR-Cas conocidos 00:23:15
Lo que les muestro son los genes Cas y no hace falta que se entienda perfectamente 00:23:21
pero básicamente cualquiera puede entender que esto es mucho más simple que esto 00:23:26
Hay sistemas muy simples, sistemas muy complejos que implican más de 10 genes Cas distintos 00:23:30
con las correspondientes proteínas Cas 00:23:36
También derivado de esta diversidad hay un número de aplicaciones bestiales 00:23:39
Seguramente habrán oído hablar de la edición de genomas, eso es una, de las muchísimas que hay 00:23:46
Las aplicaciones de los sistemas CRISPR-Cas inicialmente tenían como objeto las bacterias 00:23:52
que era donde estaban. En bacterias se pueden utilizar, no voy a entrar en el tema para tipado, 00:24:00
para identificar cepas distintas, porque distintas cepas dentro de una misma especie, 00:24:07
distintos aislados dentro de una misma especie, tienen distintas historias, 00:24:12
tienen distintos enfrentamientos con distintos virus y por lo tanto tienen distintos espaciadores 00:24:17
y nosotros podemos ir, mirar esos espaciadores y determinar si el brote de legionela 00:24:22
de hace unas semanas, es debido a unas legioneras que hay en la fuente de no sé dónde, 00:24:26
que es lo que más o menos han determinado. 00:24:33
Insisto, no voy a entrar en ello porque tenemos mucho por delante. 00:24:36
Lo más útil, sin lugar a dudas, de los sistemas CRISPR-Cas en bacterias 00:24:40
es que uno puede vacunar bacterias. 00:24:45
¿A vacunar bacterias para qué? Para mucho. 00:24:47
Y si no, que se lo digan a la industria de lácteos. 00:24:50
Uno de los mayores problemas a la hora de producir yogures es la infección de esos fermentos, 00:24:52
de esas bacterias responsables de la fermentación de esa leche para producir el yogur por virus, 00:24:58
que las matan y después de horas esperando que se haga el yogur, ahí sigue extendiendo leche. 00:25:05
Uno puede vacunar bacterias frente a cualquier virus, simplemente o bien seleccionándolas 00:25:10
o bien introduciendo en esa bacteria el que, espaciadores o agrupaciones CRISPR que tengan espaciadores 00:25:18
que se correspondan consecuencias o fragmentos de esos virus y ya tienes inmunidad 00:25:25
frente a uno o frente a muchos 00:25:30
otra aplicación, uno puede vacunar metiendo espaciadores frente a virus 00:25:32
pero también puedes hacer una introducción de espaciadores que coincidan con secuencias de plásmidos 00:25:38
¿Qué son los plármidos? Los plármidos son moléculas de ADN equivalentes a los cromosomas pero mucho más pequeñas 00:25:44
y estas se pueden transferir de unas bacterias a otras. 00:25:51
Las resistencias antibióticos, la información que confiere resistencias a los antibióticos 00:25:54
normalmente está precisamente presente en estos plármidos 00:26:00
y eso quiere decir que se pueden transferir esas resistencias antibióticos muy fácilmente de unas bacterias a otras 00:26:03
y las consecuencias son las resistencias antibióticas que todos conocemos. 00:26:10
Uno puede prevenir esa diseminación de resistencias a antibióticos generando bacterias que tengan espaciadores que coincidan con fragmentos de esos plásmidos. 00:26:14
Esa bacteria cuando reciba uno de estos plásmidos lo va a destruir y por lo tanto vamos a ir eliminando esos plásmidos de la naturaleza. 00:26:26
No es ninguna tontería. 00:26:33
Bien, pues tampoco lo es, relacionado con los antibióticos 00:26:34
la posibilidad que ofrece CRISPR-Cas de generar nada más ni nada menos 00:26:40
que antimicrobianos selectivos 00:26:45
selectivos para matar a los malos y no hacerle nada a los buenos 00:26:48
en el ejemplo que tienen aquí 00:26:53
nuestra microbiota, los microorganismos que hay en nuestro cuerpo 00:26:56
que son nada menos que 10 veces más que las células nuestras propias, 00:27:01
esos microorganismos nos están manteniendo sanos, contribuyen a nuestra salud y evitan, en muchos casos, infecciones. 00:27:06
No voy a entrar en todos los aspectos, que incluso se relaciona esta microbiota con la salud mental, no os digo nada, 00:27:14
pero centrándonos solamente en la microbiota del intestino, estos microorganismos que se encuentran en el intestino 00:27:22
suponen una barrera física en primer lugar y además potencian nuestro sistema inmune 00:27:28
evitando la infección por patógenos. 00:27:35
Cuando uno toma un antibiótico está matando el patógeno y está matando al menos parte de esta población. 00:27:38
Lo ideal desde luego es matar al patógeno y ya está. 00:27:43
Eso se puede conseguir con sistemas CRISPR-Cas. 00:27:46
Imaginaros, es algo complejo pero bueno, más o menos intentar explicarme. 00:27:49
un virus al que le quitas su genoma y lo sustituye, lo reemplazas por un fragmento de ADN 00:27:54
que lleva toda la información de un sistema CRISPR-Cas 00:28:00
y le metemos un espaciador que es idéntico a la secuencia de un factor de virulencia 00:28:03
para entendernos de una toxina, lo que codifica para la producción de una toxina 00:28:12
una bacteria puede ser patógena simplemente porque produce una toxina, la botulínica o la tetánica 00:28:16
Nosotros podemos generar un sistema diseñado, programado para que actúe sobre específicamente el fragmento de ADN de una bacteria responsable de la producción de la toxina 00:28:22
Si lo introducimos al virus, soltamos ese virus en una comunidad donde hay buenos y malos, es decir, patógenos 00:28:33
porque tienen ese fragmento de ADN de la toxina y otros que no lo tienen pero que a lo mejor están muy relacionados con él 00:28:39
Ese virus las infecta a todas 00:28:46
Aquellas que tengan ese factor de patogenicidad 00:28:49
Esa secuencia que codifica para la toxina 00:28:53
Las matará 00:28:55
Y aquellas que no lo tienen, no 00:28:56
Las bacterias buenas estarán a salvo de este arma de destrucción 00:28:58
De esa manera nosotros podemos matar exclusivamente los microorganismos patógenos 00:29:02
E. coli hay muy patógenas 00:29:09
Y las que nosotros tenemos en el intestino 00:29:11
No solamente no lo son, sino que son magníficas 00:29:13
Nosotros podemos tomar un antibiótico que mate a una E. coli si tienes una infección intestinal por esa que es patógena, 00:29:17
que te está produciendo una diarrea tremenda y sin embargo no le hace nada al resto de las E. coli que tienes en tu organismo. 00:29:23
Volvemos otra vez a lo de la diversidad de sistemas CRISPR-Cas. Esto es muy complejo. 00:29:30
Resulta que a alguien se le ocurrió en el 2011 que a lo mejor este sistema de bacterias se podía transferir a otros organismos, 00:29:36
a células de animales, a células de plantas 00:29:43
para eso no puede uno permitirse el lujo 00:29:46
lo puede hacer pero es muy complicado, sería muy poco eficaz 00:29:50
de transferir todo este sistema con todos estos genes 00:29:52
evidentemente uno va siempre a lo más simple 00:29:56
ya que tampoco es tan sencillo meter dentro de una célula extraña 00:29:58
componentes de una bacteria 00:30:02
pues lo que uno va a hacer es buscar el sistema más sencillo 00:30:03
y los más sencillos son estos que tenéis aquí 00:30:06
donde veréis Cas9, que supongo que os sonará de algo 00:30:08
Bien, estos sistemas, a diferencia de todos los demás, incluyen solamente 3-4 genes y resulta que Jennifer Damna y Emmanuel Charpentier, en el año 2012, estudiando uno de estos sistemas en el tubo de ensayo, y esto es importante, mezclando una solución, agua y componentes de estos sistemas, 00:30:12
demostraron que bastaba con la información de Cas9, con la proteína Cas9 en su caso 00:30:35
y con esos RNA guías que os comentaba, un RNA guía que tenga la secuencia de un fragmento al que quieras cortar 00:30:42
mezclas esto con el fragmento que quieras producir un corte 00:30:53
inmediatamente irá la proteína Cas9 donde le dirija este RNA guía 00:30:58
Este RNA guía que tenéis aquí se unirá, se pegará a la secuencia que corresponda a la del espaciador que lleva ese RNA guía 00:31:04
e inmediatamente vendrá Cas9 y cortará justo ahí. 00:31:13
Por lo tanto, podemos cortar en teoría lo que decían Manuel y Jennifer, que es que podías hacerlo en el tubo de ensayo. 00:31:18
Pero además tuvieron la genial idea de incluir en el artículo, para esto se puede utilizar también para la edición programable de genomas. 00:31:26
Ellas intuyeron que esto se podía utilizar para editar genomas de seres vivos cualesquiera. 00:31:36
y efectivamente Fensank y George Arch justo unos meses después demostraron por primera vez 00:31:43
que efectivamente utilizando Cas9 y una RNA guía en vivo, es decir, dentro de una célula de ratón 00:31:52
y células humanas podían editar ese genoma, podían modificar ese genoma perfectamente, una eficacia bestial 00:32:01
Nos habíamos quedado en el histograma de publicaciones en el 2012, tela, a partir del 2012-2013 todas estas publicaciones en rojo son de aplicaciones de esos sistemas CRISPR-Cas9, una verdadera barbaridad, una revolución, 00:32:09
el patito que había pasado desapercibido durante muchos años se había convertido en un hermosísimo cisne 00:32:34
gracias al desarrollo de la tecnología CRISPR-Cas9, que es como se conoce hoy en día 00:32:42
a esta tecnología que utiliza esta proteína Cas9 y esos serrenas guías. 00:32:48
Tecnología que está, es muy asequible, está disponible para cualquier laboratorio científico 00:32:53
por un precio simbólico, 65 dólares, 60 euros. 00:32:58
Realmente esos son gastos de envío casi. 00:33:04
Se puede utilizar para la edición de genomas estos sistemas. 00:33:08
Tú puedes editar genomas y editar quiere decir, para que nos entendamos, 00:33:11
que si nosotros tenemos esta frase en el genoma de un individuo 00:33:15
y que la célula es capaz de interpretar y utilizar para sintetizar, generar una proteína 00:33:19
que produce energía a partir de glucosa y ocurre un cambio en alguna de estas letras 00:33:24
que hace que la proteína 00:33:29
ya no sea capaz de reconocer 00:33:32
el gluc no se quesa 00:33:33
nosotros podemos cambiarlo 00:33:35
esta proteína defectuosa 00:33:37
le podemos cambiar la información 00:33:39
con CRISPR-Cas9 00:33:42
y lo podemos revertir a la forma 00:33:43
funcional, si hay algún fallo 00:33:46
lo arreglamos, no pasa nada 00:33:48
pero además lo podemos quitar 00:33:49
que a veces eso viene bien para hacer que 00:33:51
un gen que te está molestando deje de funcionar 00:33:53
pero es que además le podemos dar más 00:33:56
información y dices, ¿cómo que glucosa solo? 00:33:57
ahora vas a poder hacerlo a partir de glucosa 00:34:00
y a partir de lactosa, todo esto se puede 00:34:02
hacer y esto luego podríamos decir 00:34:04
que es editar genomas 00:34:05
si os habéis dado cuenta os estaría hablando de editar genomas 00:34:07
pero antes os he hablado de que Cas9 00:34:10
¿qué hace? corta 00:34:11
esto no es editar 00:34:14
cortar no es editar 00:34:16
pero cortar es el primer paso 00:34:17
para que la célula edite 00:34:19
quien edita no es realmente 00:34:21
Cas9, Cas9 lo que hace es 00:34:23
tú le dices dónde quieres editar 00:34:25
Y le das a la célula, se la introduces, es muy fácil, genera, sintetiza en el laboratorio, nada, es simbólico, varios cafés, tienes una de estas secuencias de un RNA guía, lo metes en la célula, va a buscar la secuencia para la cual tú has diseñado, que se corresponde exactamente con el espacio de esa secuencia, el apareamiento es correcto, llama a Cas9, produce un corte y ahora una célula que tiene un corte en el ADN, y eso lo sabes muy bien, 00:34:27
La radioactividad produce cortes de doble cadena y si aquello no se repara la célula se muere 00:34:57
Nosotros, los animales, las plantas tienen sistemas de reparación muy eficaces 00:35:03
Para reparar precisamente esas roturas de doble cadena 00:35:10
Uno de ellos es un sistema que se puede considerar como pegamento 00:35:14
Si tienes una barra de plástico y la rompes y luego la pegas no se queda exactamente igual que estaba 00:35:18
Y eso es lo que ocurre realmente con este sistema 00:35:22
vuelve a pegar, mantiene la continuidad 00:35:25
pero no se queda igual, produce cambios 00:35:28
pero son cambios totalmente aleatorios 00:35:30
esto realmente no es muy útil para hacer edición de genomas 00:35:32
lo que sí es útil es el otro sistema de reparación alternativo 00:35:37
que tiene la célula pero que es un sistema que requiere 00:35:40
un molde, él debe tener algún fragmento 00:35:43
de ADN que se corresponde al menos en parte 00:35:47
a la zona que tú has roto y gracias a eso 00:35:49
es capaz de copiar y reparar ese daño 00:35:52
solamente necesitas que una correspondencia comparte 00:35:56
lo cual quiere decir que permite que tú le pongas aquí lo que quieras 00:36:00
puedes introducir nueva información 00:36:03
es decir, es como si le dieras una tirita a la célula 00:36:05
con toda la información que quedas por ahí en medio 00:36:08
por aquí pega, pero aquí tienes toda la información que quieras 00:36:10
y mientras que pegue, la cosa va bien 00:36:13
y el sistema va a coger y va a pegar 00:36:14
y donde antes tenía esta información ahora tiene esa 00:36:16
más el corazoncito que hay en medio de la tirita 00:36:19
Le puedes introducir la información que quieras a la célula. 00:36:22
Muy eficaz, tremendamente específico, muy fácil de usar. 00:36:25
Cualquier laboratorio no hace falta tener formación de altísimo nivel en biología molecular, es tremendamente fácil. 00:36:30
Es muy barato, 60 euritos de nada, tienes una herramienta lista para utilizar, rapidísimo. 00:36:38
En lugar de años que se requerían para hacer un cambio que salía así, salía con semanas. 00:36:44
unas pocas semanas tienes ya resultados estupendos con este sistema 00:36:52
puedes hacer varios cambios al mismo tiempo, esto es bestial 00:36:57
es decir, no solamente puedes cambiar un gen, editar un gen en un experimento 00:37:01
sino que le das, ¿cuántos?, 10, 20, 30, 60, 90 fragmentos de RNA guía 00:37:05
y el sistema va a cambiarlos todos ellos dentro de la célula 00:37:12
al mismo tiempo puedes hacer muchos cambios 00:37:15
y lo que ya es la caña, es que se puede utilizar en cualquier organismo 00:37:17
prácticamente, por lo menos en los que se ha probado, se ha funcionado 00:37:23
y estamos hablando desde levaduras, protozoales, estos son los que se han funcionado 00:37:27
igual me falta alguno y han funcionado muy bien 00:37:31
la adición de genomas de todos estos seres vivos 00:37:34
incluidos mamíferos, incluidos unos seres que se llaman humanos 00:37:37
hasta nosotros se nos puede modificar muy fácilmente con estos sistemas 00:37:42
fantástico pero no es todo, ni mucho menos, esto es solamente derivado de la actividad 00:37:47
tijera de Cas9, pero Cas9 no es una tijera, Cas9 encima es una navaja suiza, una navaja 00:37:53
de la Armada Suiza, tiene otras posibilidades y es que resulta que si le quitas la tijera 00:38:02
todavía es más útil, porque le puedes poner incluso una bombillita y puedes llevar, la 00:38:08
La gracia de todo esto es que el sistema se basa en que tienes una proteína que en sí 00:38:13
ya tiene una función, pero que tú le puedes añadir lo que quieras, la puedes adornar 00:38:20
con lo que quieras, la puedes unir a otras funciones y la gracia, insisto, es que tú 00:38:23
puedes llevar esa proteína donde te dé la gana, tan fácilmente como metiéndolo en 00:38:29
un RNA guía que lo lleva donde quieres, con que tenga 20 letras que coincidan con las 00:38:32
20 letras de la zona que quieres que se una a la proteína, ya la tienes ahí. 00:38:38
Estas son algunas de las herramientas que ya están disponibles, por el mismo precio que les he dicho antes, para hacer todas estas cosas, las tres cositas que se pueden hacer, además de edición de genomas con la tecnología Cas9, se puede regular la expresión génica, en resumidas cuentas, para que nos entendamos todos, puedes afectar a la eficacia con la que se lee esta información, se puede hacer una modificación epigenética, no se me han olvidado las tildes, 00:38:43
simplemente quería ilustrar que modificación epigenética para que no lo entienda 00:39:10
consiste en modificar el genoma no cambiando las bases sino poniéndolo a centros 00:39:16
de manera que con estas modificaciones epigenéticas por ejemplo podemos afectar al desarrollo 00:39:22
el desarrollo por ejemplo de briones, la memoria, el aprendizaje 00:39:29
en todo eso está implicada la modificación epigenética 00:39:33
Como bien dice aquí, uno puede generar un arco iris dentro de una célula 00:39:36
Tú puedes visualizar metiendo esas lamparitas, esas proteínas fluorescentes 00:39:43
Puedes meterle a distintas proteínas, cada nueve distintas, lucecitas 00:39:49
Y llevarlas a distintos sitios en el genoma 00:39:53
En vivo, en la célula, sin afectar a su viabilidad 00:39:55
Y tú puedes ver cómo, dónde se encuentra en cada momento un fragmento 00:39:58
Incluso cómo se va moviendo, cómo va progresando cada fragmento 00:40:02
dentro del ciclo celular, logros una barbaridad, este año ha habido mil y pico artículos, no me los he leído todos 00:40:06
ni muchísimo menos, he hecho una selección de lo que desde mi punto de vista es más novedoso, más relevante 00:40:14
logros derivados de la aplicación de la tecnología CRISPR-Cas9, estamos hablando solo de CRISPR-Cas9 00:40:23
Luego si tengo tiempo os contaré que eso es una milésima parte de lo que se puede hacer con sistemas CRISPR-Cas 00:40:30
Se ha conseguido retardar la maduración de frutas, creo que eran tomates en concreto 00:40:39
Se han conseguido cultivos de plantas tolerantes que toleran estrés, toleran salinidad, hace nada 00:40:44
Se han conseguido plantas que son resistentes a infección por virus 00:40:50
Se han conseguido cerdos, creo que es concretamente para el consumo humano con una mayor masa corporal 00:40:55
Esto es tremendamente interesante, una fuente de órganos para trasplante humanos son los animales 00:41:04
El cerdo es el que más se nos parece, algunos más que a otros, evidentemente 00:41:11
Pero uno puede trasplantar, es una fuente de órganos para trasplante humanos 00:41:15
Un tremendo problema de los órganos de cerdo es que en muchas ocasiones están infectados por un virus 00:41:19
y era imposible quitar ese virus, te trasplantan en el órgano, tú estás alegre como una perdiz 00:41:25
y resulta que cuatro días después te mueres por la infección por el virus que llevaba el órgano. 00:41:31
62 copias del virus en cada una de las células, a ver quién es el chulo que quita eso, 00:41:36
CRISPR-Cas9 lo es, han conseguido quitar las 62 copias del virus 00:41:42
y de manera que se consigue con ello desde luego generar órganos animales para trasplante muchísimo más seguros 00:41:48
Esto es bestial, mosquitos que no se pueden infectar con la malaria 00:41:55
que no son capaces de transmitir malaria a humanos 00:42:00
Hay que soltarlos evidentemente y eso tiene otras consecuencias 00:42:03
pero bueno, en principio vas a salvar millones de vidas 00:42:07
Uno puede generar mosquitos y se han generado resistentes a infección por el parásito, el protozoa responsable de la maldad 00:42:11
¿Qué más se puede hacer? 00:42:22
Podemos, y se ha hecho, corregir genes defectuosos, eliminarlos, cambiarlos por otro 00:42:26
Genes relacionados con enfermedades, responsables de enfermedades como todas las que tenéis aquí 00:42:33
uno puede generar modelos animales en los que se reproduce la enfermedad en humanos 00:42:39
en el animal, a algunos les parecerá una barbaridad 00:42:44
pero eso permite estudiar la enfermedad 00:42:47
y poner a punto tratamientos y medicamentos con el animal 00:42:50
y luego transferirlos al humano 00:42:53
se generan muchos modelos animales continuamente 00:42:56
hay servicios incluso en los que simplemente le dices 00:42:59
quiero que me generes un ratón que tenga estos cambios en su genoma 00:43:03
y que reproduzca este tipo de enfermedad. 00:43:07
Eso se puede hacer y gracias a eso se están estudiando enfermedades tan tremendas como las que tenemos aquí. 00:43:10
Trastornos neurodegenerativos, Alzheimer, Dios mío, Parkinson, autismo, albinismo, distrofia muscular. 00:43:16
Ahora mismo, hace un par de semanas, ha salido un ratón, ¿verdad?, 00:43:23
en el que han conseguido por primera vez, no lo han curado del todo, 00:43:27
pero el tío está estupendo comparado con cómo estaba, 00:43:30
Un problema de distrofia muscular la han rectificado el gen responsable de esta distrofia 00:43:33
y eso se ha conseguido con el individuo adulto, inyectándole CRISPR-Cas9 por el cuerpo. 00:43:39
Antes se había conseguido rectificar una enfermedad en el hígado, directamente aplicando al hígado. 00:43:46
Estos son los primeros pasos. 00:43:52
Se ha conseguido eliminar de células infectadas por virus el virus o inactivarlo 00:43:55
reactivarlo y aún es más, prevenir que se vuelva a infectar por el virus. Y estoy hablando del virus del SIDA, 00:44:00
del virus del papiloma, del herpes, hepatitis B, el virus de la poliomielitis, creo también el virus de la mononucleosis infección. 00:44:06
Evidentemente esto está abriendo una puerta que estaba casi cerrada, la está abriendo pero no está abierta del todo, de manera que 00:44:16
abre las puertas para la terapia génica, para el tratamiento de enfermedades genéticas, 00:44:22
modificando genes, pero hay muchas limitaciones técnicas que hay que resolver. 00:44:27
estamos hablando de años probablemente, y no está garantizado que al final se pueda hacer. 00:44:31
Aunque no se pueda llegar a la terapia génica, Dios mío, me parece que he convencido a la audiencia 00:44:36
de que lo que ya se ha hecho, aunque simplemente se pueda estudiar estas enfermedades 00:44:40
utilizando los sistemas CRISPR-Cas, es una barbaridad, es un paso adelante bestial. 00:44:45
Estas son las limitaciones técnicas, este señor Feng Zhang, again, vuelve a atacar, 00:44:51
Fensan que está continuamente publicando artículos en los que mejora lo que ya hay 00:44:58
ha obtenido más proteínas equivalentes a Cas9 00:45:03
con unas características muy distintas a Cas9 00:45:09
ampliando por lo tanto el abanico de posibilidades 00:45:13
resolviendo muchos de los problemas que tenía Cas9 00:45:15
y haciendo que sea posible todavía aplicarlo a más organismos de lo que se podía hacer con Cas9 00:45:18
resolviendo algunas de las limitaciones 00:45:25
que tiene el sistema. 00:45:27
Insisto, esto simplemente estamos raspando en la superficie. 00:45:29
Bacterias hay muchísimas, muchísimas. 00:45:33
Conocemos entre el 0,1 y el 0,01% de lo que hay en la naturaleza. 00:45:35
O sea que imaginaros lo que hay por ahí que no conocemos, 00:45:39
que puede ser fuente de estas proteínas, 00:45:42
que pueden ser muy distintas a las que conocemos. 00:45:44
Quizá la limitación más difícil de salvar son cuestiones de otro índole, 00:45:48
cuestiones legales. 00:45:53
Esto va muy rápido. 00:45:54
Es necesaria urgentemente una regulación sobre el uso de estos sistemas CRISPR-Cas, 00:45:56
donde cómo se pueden aplicar, poner límites, poner nosotros mismos los límites. 00:46:02
Hay muchas consideraciones éticas relacionadas, derivadas de la utilización. 00:46:08
A casi nadie le preocupa que uno modifique genéticamente una bacteria, casi nadie, 00:46:12
pero a todo el mundo le preocupa que se modifique genéticamente una célula germinal humana, 00:46:17
como es el caso de este artículo en el que describen la modificación de células de la línea germinal 00:46:23
y la producción de un embrión modificado genéticamente humano, es estéril, no puede dar lugar a un ser humano adulto 00:46:30
pero como posibilidad es posible, evidentemente esto generó un gran debate ético 00:46:40
y desde entonces han tenido lugar varias reuniones para debatir sobre estos aspectos. 00:46:49
La última, mediados de diciembre, en Washington, donde realmente demuestran que están preocupados por este sistema. 00:46:55
Hay que regular, tiene que haber un acuerdo global, no vale con que sean los cuantos los países que estén de acuerdo 00:47:04
en limitar y regular bien esta utilización, tiene que haber un acuerdo global. 00:47:09
Esperemos que sean razonables y realmente estoy convencido de que tendrán que hacerlo porque hay que hacerlo y muy rápido. Muchas gracias. 00:47:14
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Francisco J. M.
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26 de diciembre de 2021 - 13:36
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