Investigadores son pioneros en un nuevo método para editar genes en células humanas

En la imagen: Los investigadores de los Institutos Gladstone han ajustado un sistema para una edición de genes más eficiente, utilizando moléculas llamadas retrones. Crédito: Michael Short / Gladstone Institutes

 

Investigadores de los Institutos Gladstone han ajustado un sistema adicional para una edición de genes más eficiente, utilizando moléculas llamadas retrones, que actúan como fábricas de ADN, produciendo abundantes copias de ADN molde desde el interior de las células.

 

Durante la última década, el sistema de edición del genoma CRISPR ha revolucionado la biología molecular, dando a los científicos la capacidad de alterar genes dentro de células vivas para investigación o aplicaciones médicas. Ahora, los investigadores de los Institutos Gladstone han ajustado un sistema adicional para una edición de genes más eficiente, utilizando moléculas llamadas retrones.

 

Los retrones, según informa el grupo en la revista Nature Chemical Biology , pueden optimizarse para su eficiencia y usarse para editar genes en una variedad de tipos de células, desde hongos hasta células humanas .

 

"Este trabajo realmente solidifica a los retrones como una plataforma que se puede utilizar en todos los organismos", dice el investigador asistente de Gladstone, Seth Shipman, Ph.D., autor principal del nuevo estudio. "Podemos hacer modificaciones precisas a los genes de manera más fácil, rápida y eficiente que con los enfoques actuales".

 

Una ventanilla única para la edición de genes

 

La mayoría de las tecnologías de edición de genes actuales basadas en el sistema CRISPR implican cortar una sección de ADN del genoma de una célula y luego introducir nuevo material genético llamado "ADN plantilla" para reemplazarlo. A medida que la célula repara los lugares donde se cortó un gen existente, se integra la plantilla de ADN.

 

Esa plantilla de ADN se produce normalmente en el laboratorio y luego se introduce en las células desde el exterior. La proteína que corta el genoma de la célula, llamada Cas9, se administra por separado. Ni Cas9 ni la plantilla de ADN penetran en todas las células, lo que limita la eficiencia de la edición del gen CRISPR.

 

Los retrones, sin embargo, actúan como fábricas de ADN, produciendo abundantes copias de ADN molde desde el interior de las células. Además, las retronas pueden entregarse junto con el resto de los componentes de CRISPR para que las células obtengan todo el material necesario para la edición de genes simultáneamente: los códigos genéticos para la plantilla de ADN, Cas9 y moléculas que ayudan a los investigadores a rastrear las ediciones que se han realizado.

 

"Esto significa que solo tenemos que introducir un elemento en cada celda", dice Santiago López, estudiante de posgrado en Shipman Lab y primer autor del nuevo artículo. "Eso simplifica significativamente el proceso y abre la puerta a nuevos tipos de experimentos".

 

Re-ingeniería de retrones

 

Tanto los retrones como CRISPR se originan a partir de bacterias ; ambos son mecanismos de defensa que utilizan las bacterias para alterar el ADN en respuesta a infecciones. Después del advenimiento de la edición del genoma CRISPR, en el que el sistema CRISPR fue elegido para apuntar selectivamente a genes en otros tipos de células, algunos investigadores comenzaron a investigar si las retronas podrían usarse para proporcionar las plantillas para la edición precisa de genes. Sin embargo, se desconocen los roles de las diferentes secciones de la estructura del retrón en su función, y cómo modificar esas secciones para mejorar los retrones.

 

"El sistema retron evolucionó para ayudar a defender las bacterias", dice Shipman, quien también es profesor asistente de bioingeniería y ciencias terapéuticas en UC San Francisco (UCSF). "Pero queríamos cambiarlo de lo que hace normalmente a lo que queremos que haga: producir plantillas para la edición de genes".

 

En el nuevo estudio, el grupo de Shipman diseñó retrones de E. coli para crear cientos de nuevas variantes. Probaron cada nueva variante y descubrieron una serie de cambios que, en conjunto, llevaron a un aumento de 8 a 10 veces en la cantidad de ADN molde que finalmente se produjo por el retroceso en las células de E. coli.

A continuación, los investigadores probaron el nuevo sistema retron rediseñado en el hongo Saccharomyces cerevisiae (levadura de panadería) y en células humanas cultivadas, y encontraron que este sistema optimizado funcionaba en todos los casos. Esta fue la primera demostración del uso de retrones en células humanas y su portabilidad entre tipos de células.

 

Dado que el equipo ahora podía ajustar exactamente la cantidad de ADN de plantilla que producían los retrones, también pudieron demostrar que cuando los retrones producen altos niveles de ADN de plantilla, esto aumenta la eficiencia de edición de genes .

 

"Nuestro estudio demuestra por primera vez que cuanto más ADN de plantilla podamos producir, mejor será la edición del genoma", dice Shipman. "Una edición mejor y más precisa significa en última instancia medicamentos genómicos más eficaces y seguros y una investigación fundamental más avanzada".

 

Tomando herramientas de las bacterias

 

Los retrones, dice Shipman, son inmediatamente útiles como herramienta de investigación para editar genes en diferentes tipos de células en el laboratorio. Si bien la plataforma aún no está lista para su uso en humanos, también tiene el potencial de ayudar a editar genes con fines terapéuticos, por ejemplo, reparando mutaciones genéticas que causan enfermedades.

 

Dado que diferentes bacterias contienen diferentes retrones, su grupo también planea explorar si otras variaciones de retrones tienen beneficios sobre el E. coli que optimizaron en este estudio.

 

"Estamos adoptando un enfoque general en el que extraemos partes que encontramos en bacterias y las domesticamos para nuestro propio uso", dice Shipman. "Esto ya ha sido increíblemente fructífero para el desarrollo de nuevas herramientas, pero creo que apenas estamos comenzando a cosechar los beneficios de aplicar estas herramientas en biotecnología".

 

Publicación: 06/enero/2021

Fuente:
Phys.org

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