Los científicos de la Universidad de Harvard y el Instituto Broad del MIT y Harvard han desarrollado una nueva clase de herramienta de edición del genoma. Este nuevo "editor de base" puede reparar directamente el tipo de cambios de una sola letra en el genoma humano que representan aproximadamente la mitad de las mutaciones puntuales asociadas a enfermedades humanas. Estas mutaciones están asociadas con trastornos que van desde la ceguera genética hasta la anemia de células falciformes y los trastornos metabólicos hasta la fibrosis quística.

El equipo de investigación dirigido por David Liu, profesor de química y biología química en la Universidad de Harvard, miembro central del instituto en el Broad Institute, y un investigador del Instituto Médico Howard Hughes (HHMI), desarrolló una máquina molecular que puede convertir el par de bases de ADN A * T en G * C, sin cortar la doble hélice, con alta eficiencia y prácticamente sin productos no deseados. El desarrollo es una adición importante al creciente conjunto de herramientas de edición del genoma.

El nuevo sistema se describe en un artículo publicado hoy en Naturaleza . Además de Liu, el estudio fue dirigido por Nicole Gaudelli, un becario postdoctoral en el laboratorio de Liu; Alexis Komor, un ex becario postdoctoral en el laboratorio de Liu que ahora es profesor asistente en UCSD; la estudiante de posgrado Holly Rees; ex estudiantes de posgrado Michael Packer y Ahmed Badran, y ex becario postdoctoral David Bryson.

El nuevo sistema, apodado Adenine Base Editor, o ABE, se puede programar para apuntar a un par de bases específico en un genoma utilizando un ARN guía y una forma modificada de CRISPR-Cas9. Funciona reordenando los átomos en una adenina objetivo (A), una de las cuatro bases que componen el ADN, para parecerse a la guanina (G), y luego engañar a las células para que fijen la otra hebra de ADN para completar la conversión del par de bases, haciendo que el cambio sea permanente. Como resultado, lo que solía ser un par de bases A * T se convierte en un par de bases G * C.

El sistema no solo es muy eficiente en comparación con otras técnicas de edición del genoma para corregir mutaciones puntuales, pero prácticamente no hay subproductos detectables como inserciones aleatorias, eliminaciones, translocaciones, u otras conversiones de base a base.

Hacer este cambio específico es importante porque aproximadamente la mitad de los 32, 000 mutaciones puntuales asociadas a enfermedades ya identificadas por los investigadores son un cambio de G * C a A * T.

"Desarrollamos un nuevo editor base, una máquina molecular, que en un programable, irreversible, eficiente, y de manera limpia puede corregir estas mutaciones en el genoma de las células vivas, "dijo Liu, quien también es el profesor Richard Merkin y director del Instituto Merkin de Tecnologías Transformativas en el Cuidado de la Salud en el Broad. "Cuando se dirige a determinados sitios del ADN genómico humano, esta conversión revierte la mutación que está asociada con una enfermedad en particular ".

ABE se une a otros sistemas de edición de base que fueron pioneros en el laboratorio de Liu, como BE3 y su variante mejorada, BE4. Usando estos editores básicos, Los investigadores ahora pueden corregir todas las llamadas mutaciones de "transición":C a T, T a C, A a G, o G a A, que en conjunto representan casi dos tercios de todas las mutaciones puntuales que causan enfermedades, incluidas muchas que causan enfermedades graves para las que no existe un tratamiento actual. Se necesita investigación adicional, Liu señala, para permitir que ABE apunte a la mayor cantidad posible del genoma, como Liu y sus estudiantes lograron previamente a través de variantes de ingeniería de BE3.

El desarrollo del nuevo editor de base comenzó cuando el equipo comenzó un esfuerzo de un año para desarrollar una nueva enzima que pudiera convertir la adenina en inosina (I), un nucleótido que se comporta de manera similar a G durante la síntesis de ADN o ARN. El proyecto, dirigido por Gaudelli, en última instancia, resultó en un alto rendimiento, ABE de séptima generación.

"El principal desafío para mí mientras desarrollaba ABE fue superar el obstáculo psicológico de si ABE podía o no pasar del concepto a la realidad, dado que el componente clave del editor no existía de forma natural y tenía que evolucionar en nuestro laboratorio, ", dijo Gaudelli." Era importante mantener la fe en que no solo podíamos soñar con una máquina molecular así, sino también construirlo ".

Para demostrar el potencial de ABE, Liu y sus colegas usaron ABE por primera vez para corregir directamente una mutación que causa hemocromatosis hereditaria (HHC) en células humanas.

También usaron ABE para instalar una mutación en células humanas que suprime una enfermedad, recreando la llamada "mutación británica" que se encuentra en individuos sanos que normalmente desarrollarían enfermedades de la sangre como la anemia de células falciformes, pero que en cambio tienen una mutación que hace que los genes de hemoglobina fetal permanezcan activos después del nacimiento, protegiéndolos de las enfermedades de la sangre.

Si bien el desarrollo de ABE es un emocionante paso adelante en la edición básica, Queda más trabajo antes de que se pueda utilizar la edición de base para tratar pacientes con enfermedades genéticas. incluyendo pruebas de seguridad, eficacia, y efectos secundarios.

"Crear una máquina que realice el cambio genético que necesita para tratar una enfermedad es un importante paso adelante, pero es solo una parte de lo que se necesita para tratar a un paciente, ", dijo Liu." Aún tenemos que entregar esa máquina, tenemos que probar su seguridad, tenemos que evaluar sus efectos beneficiosos en animales y pacientes y compararlos con los efectos secundarios; tenemos que hacer muchas más cosas ".

"Pero tener la máquina es un buen comienzo".