Newswise — Los científicos continúan expandiendo las fronteras tecnológicas de CRISPR, junto con su vasto potencial, en áreas que van desde la salud humana hasta el suministro mundial de alimentos. Tal es el caso de los impulsores genéticos basados en CRISPR, una herramienta de edición de genes diseñada para influir en cómo se transmiten los elementos genéticos de una generación a la siguiente.
Los impulsores genéticos diseñados para mosquitos tienen el potencial de reducir la propagación de infecciones de malaria que causan cientos de miles de muertes cada año; sin embargo, se han planteado problemas de seguridad dado que dichos impulsores pueden propagarse rápidamente y abrumar a poblaciones enteras. Los científicos han descubierto los principios que rigen la propagación de los elementos impulsores genéticos en las poblaciones objetivo, como los mosquitos, al probar muchas combinaciones diferentes de componentes que forman el aparato impulsor. Sin embargo, descubren que aún hay más por explorar y quedan preguntas clave.
en el diario Comunicaciones de la naturalezaY Investigadores de UCSD dirigidos por el ex investigador postdoctoral Gerard Teradas junto con el científico postdoctoral Zhiqian Li y el profesor Ethan Beer, en estrecha colaboración con el estudiante graduado de UC Berkeley Jared Bennett y el profesor asociado John Marshall, describen el desarrollo de un nuevo sistema de prueba y desarrollan impulsores genéticos en el laboratorio y transformarlos de forma segura en herramientas para posibles aplicaciones del mundo real.
dijo Beer, miembro de la facultad de la Facultad de Ciencias Biológicas, Departamento de Biología Celular y del Desarrollo.
Los impulsores genéticos basados en CRISPR cuentan con una proteína llamada endonucleasa Cas9 y una molécula guía de ARN que se combinan para dirigir piezas de ADN a ubicaciones específicas en el genoma donde se pueden insertar nuevos elementos genéticos. Mientras que el ADN repara estos cortes, los nuevos elementos genéticos se copian de un cromosoma a otro, lo que da como resultado una descendencia que pasa por alto la herencia estándar en un 50-50 por ciento, pero que prefiere los elementos genéticos recién insertados.
Los impulsores genéticos vienen en dos «sabores». Los impulsores genéticos completos (fGD, por sus siglas en inglés) llevan componentes de ARN de vector y Cas9 en un solo paquete asociado. Por otro lado, Unidades de segmentación (sGD) Consisten en dos elementos genéticos que llevan por separado Cas9 y componentes de ARN del vector y se insertan en diferentes lugares del genoma. Los SGD se consideran más seguros que los sistemas fGD AF porque los componentes que lleva cada componente se pueden controlar y probar individualmente o en condiciones en las que se amplifica gradualmente la frecuencia del componente de tracción. Los investigadores están diseñando los dos componentes para que eventualmente se vuelvan a conectar a fin de brindar los efectos de un impulso genético completo.
En el caso de la erradicación de la malaria, los impulsores genéticos completos han creado un gran entusiasmo debido a su capacidad para entregar elementos que detienen la transmisión de los parásitos de la malaria que causan la infección. Pero los fGD también han generado preocupación debido a su capacidad para propagarse rápidamente y alterar potencialmente la composición genética de poblaciones enteras de mosquitos. Experimentar con grupos focales requiere estrictas barreras de seguridad y restricciones para evitar el escape involuntario de insectos con tales movimientos al ambiente abierto.
Este no es el caso de los impulsores genéticos divididos. Debido a que los elementos clave son discretos, los sGD conllevan un riesgo mucho menor de propagación no deseada y los investigadores tienen más control sobre su manipulación segura. Los experimentos con sGD se pueden realizar en instalaciones de laboratorio convencionales, lo que permite una mayor flexibilidad para probar su potencial.
Sin embargo, los científicos han enfrentado desafíos en el desarrollo de sistemas que conviertan efectivamente los sGD en fGD completamente funcionales. Un desafío con la conversión actual de sGD en fGD es que dependen de dos componentes genéticos separados, cada uno de los cuales debe exhibir potentes características motoras.
Ahora, los científicos de la Universidad de California en San Diego, que recientemente han sido pioneros en el desarrollo de impulsores genéticos y tecnologías relacionadas, han creado un sistema flexible para la «piratería» genética para convertir sGD en fGD. Trabajando en moscas de la fruta, los investigadores desarrollaron una nueva estrategia genética que utiliza ARN guía diseñado específicamente por la porción Cas9 de sGD. Esta herramienta corta el componente transcripcional del sGD y desencadena un intercambio de genes, o «evento de recombinación», que inserta Cas9 en el elemento guía que lleva el ARN, creando un fGD completamente funcional.
«En primer lugar, y lo más importante, el estudio proporciona una prueba de principio para la conversión genética elegante de sGD a fGD, lo que debería ayudar en gran medida a las pruebas y el desarrollo de nuevos sistemas mejorados de impulsores genéticos», dijo Teradas, primer autor del artículo. , que ahora trabaja en la Universidad de Penn State.
Una vez que los investigadores desarrollaron su nuevo sistema de pirateo de sGD a fGD, comenzaron a surgir algunos resultados sorprendentes. El virus fGD recién infiltrado se propagó entre grupos de moscas en experimentos en jaulas, como se esperaba. Sin embargo, la velocidad a la que se propaga fue inesperadamente más lenta que los modelos previstos para el modelo fGD tradicional.
Los investigadores colaboradores Bennett y Marshall desarrollaron un modelo matemático que proporcionó una explicación. Su modelo reveló que durante la transformación de piratería, los fGD imponen un mayor costo de aptitud física en las moscas individuales en comparación con los sGD solos. Este costo de adecuación, que se desarrolla cuando el elemento impulsor se copia a sí mismo, desaparece después de que se haya actuado sobre todos los cromosomas objetivo potenciales en la población.
«El estudio revela complejidades inesperadas en la forma en que los componentes de un impulsor genético funcionan juntos, y revela que uno no puede simplemente formular hipótesis sobre cómo interactuarán los componentes separados cuando se junten», dijo Bennett.
la Comunicaciones de la naturaleza Lista completa de autores del artículo: Gerard Teradas, Jared Bennett, Chekian Lee, John Marshall y Ethan Beer.
La investigación fue apoyada por: Premio al Investigador Distinguido del Paul G. Allen Frontiers Group, Institutos Nacionales de Salud (subvención R01GM117321), obsequio de Tata Trusts India al Tata Institute of Genetics and Society – UC San Diego y subvención del Programa Safe Genes de DARPA ( HR0011-17 -2-0047).
Divulgación de intereses en competencia: Bier tiene participaciones en dos empresas que cofundó: Synbal Inc. y Agragene, Inc. , que es probable que se beneficie de los resultados de la búsqueda. También forma parte de la Junta Directiva de Synbal y de la Junta Asesora Científica de ambas empresas.