Los científicos del campus de Florida del Instituto de Investigación Scripps (TSRI) han mejorado una tecnología de edición de genes de última generación para mejorar la capacidad del sistema para apuntar, cortar y pegar genes dentro de células humanas y animales, y ampliar las formas en que el sistema de edición CRISPR-Cpf1 puede usarse para estudiar y combatir enfermedades humanas.

Profesor Michael Farzan, copresidente del Departamento de Inmunología y Microbiología de TSRI, y el investigador asociado de TSRI, Guocai Zhong, mejoraron la eficiencia del sistema de edición de genes CRISPR-Cpf1 incorporando ARN guía con capacidad de "multiplexación".

Los ARN guía son cadenas cortas de ácido nucleico que llevan a las tijeras moleculares CRISPR a sus objetivos genéticos previstos. El descubrimiento de TSRI significa que cada complejo CRISPR-Cpf1 puede afectar múltiples objetivos genéticos en una célula.

"Este sistema simplifica y mejora significativamente la eficiencia de la edición simultánea de múltiples genes, o múltiples sitios de un solo gen, ", Dijo Zhong." Esto podría ser muy útil cuando es necesario apuntar a múltiples genes relacionados con la enfermedad o en múltiples sitios de un gen relacionado con la enfermedad ".

"Este enfoque mejora la edición de genes para una serie de aplicaciones, Farzan agregó. "El sistema hace que algunas aplicaciones sean más eficientes y otras aplicaciones posibles".

Este estudio fue publicado como un artículo avanzado en línea en la revista Biología química de la naturaleza el 19 de junio 2017.

TSRI Advance hace que CRISPR sea más eficiente

Abreviatura de "Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeat", "El sistema de edición de genes CRISPR explota un antiguo proceso de defensa inmunológica bacteriana. Algunos microbios frustran la infección viral al secuestrar una parte del material genético extraño de un virus dentro de su propio ADN, para servir como plantilla. La próxima vez que el microbio encuentre la secuencia viral, se reconoce de inmediato y se corta para su eliminación con la ayuda de dos tipos de ARN. Las moléculas llamadas ARN guía proporcionan el mapa al invasor, y las proteínas efectoras CRISPR actúan como las tijeras que lo cortan.

Durante los últimos cinco años, El sistema de edición de genes CRISPR ha revolucionado la microbiología y ha renovado las esperanzas de que la ingeniería genética eventualmente se convierta en un tratamiento útil para las enfermedades.

Pero el tiempo ha revelado las limitaciones de la tecnología. Para uno, Actualmente, la terapia génica requiere el uso de un caparazón viral que sirva como paquete de administración del material genético terapéutico. La molécula CRISPR es simplemente demasiado grande para encajar con múltiples ARN guía en el sistema de empaquetado viral más popular y útil.

El nuevo estudio de Farzan y sus colegas ayuda a resolver este problema al permitir que los científicos empaqueten múltiples ARN guía.

Este avance podría ser importante si la terapia génica es para tratar enfermedades como la hepatitis B, Dijo Farzan. Después de la infección, el ADN de la hepatitis B se encuentra en las células del hígado, dirigiendo lentamente la producción de nuevos virus, que en última instancia conduce a daño hepático, cirrosis e incluso cáncer. El sistema CRISPR-Cpf1 mejorado, con su capacidad de 'multiplexar, 'podría digerir de manera más eficiente el ADN viral, antes de que el hígado se dañe irrevocablemente, él dijo.

"La eficiencia es importante. Si modifica 25 células en el hígado, no tiene sentido. Pero si modifica la mitad de las células del hígado, eso es poderoso, ", Dijo Farzan." Hay otros buenos casos, digamos distrofia muscular, en los que si se puede reparar el gen en suficientes células musculares, puede restaurar la función muscular ".

Actualmente se utilizan ampliamente dos tipos de estas tijeras moleculares para la edición de genes:Cas9 y Cpf1. Farzan dijo que se centró en Cpf1 porque es más preciso en células de mamíferos. La molécula de Cpf1 que estudiaron se obtuvo de dos tipos de bacterias, Bacteria Lachnospiraceae y Acidaminococus sp., cuya actividad se ha estudiado previamente en E. coli. Una propiedad clave de estas moléculas es que son capaces de extraer sus ARN guía de una larga cadena de ese ARN; pero no estaba claro si funcionaría con ARN producido a partir de células de mamíferos. Guocai probó esta idea editando un gen de bioluminiscencia de luciérnaga en el cromosoma de la célula. El sistema CRISPR-Cpf1 modificado funcionó como se esperaba.

"Esto significa que podemos usar sistemas de entrega más simples para dirigir la proteína efectora CRISPR más los ARN guía, ", Dijo Farzan." Va a hacer que el proceso CRISPR sea más eficiente para una variedad de aplicaciones ".

Viendo hacia adelante, Farzan dijo que la proteína Cpf1 debe entenderse más ampliamente para que su utilidad en la administración de vectores de terapia génica pueda expandirse aún más.