De hecho, en los organismos superiores, incluido el ser humano, las roturas de ADN pueden recuperarse mediante varios sofisticados mecanismos de reparación [6-7]. El más frecuente de estos mecanismos es la denominada recombinación no homóloga o unión de extremos no homólogos (NHEJ por sus siglas en inglés). Como consecuencia de un daño en las secuencias de ADN, este sistema de reparación inserta o elimina pequeños trozos de ADN en el lugar de la rotura para reconstruir la secuencia dañada. Sin embargo, este mecanismo es muy propenso a los errores y tras la inserción aleatoria, también se pueden producir cambios drásticos en la secuencia de ADN original [8].

Los investigadores aprovechan los errores que se producen durante la reparación del ADN para anular la expresión de un gen específico. En efecto, las mutaciones aleatorias suelen dar lugar a un gen que no funciona, y por lo tanto a una proteína que no funciona. La mutación de genes es muy útil para investigar su función o para crear modelos de enfermedad para ensayar nuevos enfoques terapéuticos. Sin embargo, la aleatoriedad de los cambios introducidos por el sistema NHEJ permite un escaso control en la edición de genes por parte de los investigadores. Por ejemplo, este sistema no puede utilizarse para corregir un gen que causa una enfermedad, restableciendo su función, o para dar nuevas características ventajosas a las células manipuladas [9].

Para superar estas limitaciones, los científicos explotan un segundo sistema de reparación, menos frecuente, basado en la recombinación homóloga. La recombinación homóloga es un proceso molecular que proporciona una reparación de alta fidelidad en la que la información genética se intercambia entre dos moléculas similares de ADN. Cuando se produce una rotura en el ADN genómico, las células utilizan una molécula de ADN idéntica e intacta para sustituir a las dañadas.

Utilizando este principio, los investigadores son capaces de introducir una nueva secuencia en el genoma de una célula huésped de una forma bastante sencilla:

1. El complejo sistema Cas9/ARNg se introduce en los núcleos de las células para cortar una secuencia específica del ADN. 
2. Los investigadores también introducen una molécula de ADN como plantilla homóloga, que contiene las modificaciones que quieren introducir;
3. La rotura mediada por Cas9 se repara mediante la recombinación homóloga de la plantilla de ADN introducida; en otras palabras, se engaña a las células para que reparen su propio genoma con las modificaciones elegidas [9-10].

En conclusión, CRISPR/Cas9 representa un ejemplo intrigante de cómo los científicos han inventado una herramienta de edición del genoma combinando un simple mecanismo de defensa bacteriano y los mecanismos de reparación del ADN eucariota. Esto ha abierto la puerta a la propuesta de estrategias terapéuticas de nueva generación para el tratamiento de enfermedades genéticas, el cáncer y otras muchas. Sin embargo, a pesar del fascinante potencial de CRISPR/Cas9, los investigadores se enfrentaron a varios retos en la aplicación de esta tecnología.

En el próximo artículo de esta serie, abordaremos los principales inconvenientes técnicos del conjunto de herramientas CRISPR/Cas9, explicaremos qué son los eventos off-target, y descubriremos cómo los científicos han superado estos problemas y han mejorado el sistema para su aplicación en humanos.