El estudiante de posgrado Jared Carlson-Stevermer observa la edición de genes CRISPR / Cas9 en tiempo real en el microscopio. Crédito:Stephanie Precourt.
Durante los últimos cinco años, La tecnología CRISPR-Cas9 ha revolucionado el campo de la edición de genes debido a su facilidad y bajo costo. Pero aunque esta tecnología encuentra y corta de manera confiable el tramo objetivo de la secuencia de ADN, arreglar ese corte como se deseaba ha sido una especie de proceso de acertar o fallar. Las tasas de error de hasta el 50 por ciento son un problema particular cuando el objetivo es corregir errores tipográficos en el ADN que causan enfermedades genéticas.
Ahora, un equipo de investigadores dirigido por Krishanu Saha, profesor de ingeniería biomédica en la Universidad de Wisconsin-Madison, ha hecho que la solución sea menos propensa a errores y ha publicado su enfoque hoy (23 de noviembre de 2017) en la revista Comunicaciones de la naturaleza .
En comparación con la tecnología CRISPR estándar, el nuevo método mejora la probabilidad de reescribir la secuencia de ADN exactamente como se desea por un factor de 10. Los investigadores lograron esta precisión mucho mayor aprovechando un pegamento molecular, llamado aptámero de ARN, para ensamblar y entregar un kit de reparación CRISPR completo en el sitio del corte de ADN.
"El kit proporciona no solo las tijeras moleculares, sino también la plantilla correcta para la maquinaria celular para fijar el corte de ADN, "Dice Saha." Dado que el aptámero de ARN es fuerte y muy estable, todo lo que necesitamos es llegar al lugar correcto dentro de la celda de una sola vez ".
En tecnología CRISPR estándar, la proteína Cas9 derivada de la bacteria (las tijeras) y una molécula de ARN guía (para localizar la secuencia de ADN objetivo) se entregan a la célula. Cuando las tijeras abren la molécula de ADN, la célula repara la brecha con las plantillas de ADN cercanas, pero una reescritura más fiel resulta de unir las plantillas deseadas al paquete Cas9 / RNA con el pegamento molecular.
Krishanu Saha (atrás) y Jared Carlson-Stevermer han modificado la tecnología de edición de genes CRISPR / Cas9 para hacerla más precisa y confiable. Crédito:Stephanie Precourt
El nuevo método tiene varias otras ventajas sobre la tecnología actual. Primero, el kit listo para usar contiene solo reactivos no virales, lo que simplifica el proceso de fabricación y reduce los problemas de seguridad para las aplicaciones clínicas de la cirugía genética en el futuro. Segundo, adjuntar un aptámero de ARN al kit es mucho más fácil que modificar la proteína Cas9 y proporciona una mayor flexibilidad.
"Podemos agregar otras biomoléculas a este kit, como si hicieras clic en un bloque LEGO adicional en una estructura ya existente, "dice Jared Carlson-Stevermer, estudiante de posgrado en el laboratorio de Saha y primer autor del artículo.
Un ejemplo de un bloque LEGO de este tipo son las etiquetas fluorescentes que permiten a los investigadores identificar fácilmente todas las secuencias de ADN editadas con precisión en una población de células.
"Al buscar estas etiquetas, podemos lograr una tasa de precisión del 98 por ciento, "Dice Saha.
Otros tipos de bloques LEGO podrían ayudar a activar el kit de reparación en el tipo de tejido adecuado:el ojo para tratar trastornos de la retina, o las células musculares de pacientes con distrofia muscular. En el estudio actual, los investigadores corrigieron una mutación específica en las líneas de células madre derivadas de un paciente con la enfermedad de Pompe con una fidelidad muy mejorada. La enfermedad de Pompe es un trastorno hereditario poco común causado por la acumulación de moléculas complejas de azúcar en órganos y tejido muscular.
"No hay escasez de candidatos para este tipo de cirugía genética, ya que decenas de miles de enfermedades se deben a pequeños errores de secuencia que podrían corregirse con esta tecnología, ", Dice Saha." Nuestro próximo objetivo es probar el método en modelos animales y trabajar en la escritura de tramos más largos de ADN ".
