Los metabolitos secundarios microbianos, aquellas moléculas que no son esenciales para el crecimiento pero sí esenciales para la supervivencia, ahora pueden ser más fáciles de caracterizar después de un estudio de prueba de concepto en el que los investigadores combinaron las tecnologías CRISPR y CRAGE.

Si bien CRISPR (Repeticiones Palindrómicas Cortas Agrupadas Regularmente Interespaciadas) es la herramienta líder para editar genomas con precisión, históricamente su efectividad ha sido limitada debido a la falta de herramientas robustas disponibles para llevar CRISPR a los microorganismos. CRAGE (ingeniería del genoma asistida por recombinasa independiente del chasis) es una técnica que los investigadores pueden usar para integrar grandes cargas genéticas directamente en diversos microbios.

La combinación de CRAGE con CRISPR brinda a los investigadores una poderosa adición a su conjunto de herramientas para estudiar la función de los genes. Como demostración, los investigadores utilizaron CRAGE-CRISPR para descubrir metabolitos secundarios activos y ayudarlos a identificar y describir las funciones de los grupos de genes biosintéticos que los producen.

Los metabolitos secundarios son compuestos microbianos producidos en respuesta a las dificultades o la competencia. Constituyen la base de una gran cantidad de productos vitales en biotecnología, medicina, agricultura y otras industrias; sin embargo, todavía hay mucho sobre ellos que no sabemos.

Desbloquear el poder de los metabolitos secundarios puede ser complicado porque los BGC que los producen no se pueden activar en entornos de laboratorio. CRAGE logró algunos avances en la superación de este obstáculo cuando apareció en escena en 2019. Ahora, ese poder está a punto de crecer exponencialmente al combinarlo con CRISPR.

Al emplear CRAGE, los investigadores ya no están limitados a usar microbios anfitriones modelo; teóricamente, cualquier microbio puede servir como fábrica para producir compuestos químicos de interés. Usando CRAGE para domesticar los microbios objetivo, los usuarios de JGI pueden emplear CRISPR en una variedad de hospedadores microbianos.

Photorhabdus luminescens resulta fatal para los insectos. Es transportado por un nematodo infeccioso y libera toxinas en el torrente sanguíneo del insecto que matan rápidamente al huésped. Comprender exactamente cómo funcionan P. luminescens y sus metabolitos secundarios podría generar nuevas herramientas para el control de plagas.

Los metabolitos secundarios están altamente regulados en las bacterias, lo que dificulta identificar qué vía corresponde a qué metabolito. Encontrar un vehículo para introducir CRISPR en el microbio es clave, porque permite a los investigadores eliminar o activar ciertos genes y evaluar cómo estas ediciones afectan la funcionalidad.

CRAGE permite el trasplante de estos BGC de un organismo a un huésped alternativo a través de una plataforma de aterrizaje que consta de un gen cre recombinasa y sitios lox mutuamente excluyentes. En última instancia, este proceso permite a los investigadores identificar cepas capaces de producir metabolitos secundarios dentro de un entorno de laboratorio, arrojando luz sobre esta "materia oscura biológica".

También ofrece CRISPR un punto de entrada. Mediante el uso de CRISPR para eliminar o activar genes, los investigadores del JGI pudieron monitorear la pérdida y la ganancia de función. Los datos analíticos del estudio muestran picos y valles en los metabolitos secundarios a medida que se editan los genes. Con la ayuda de CRAGE, el emparejamiento demostró confirmar rápidamente una mayor producción de 22 metabolitos de seis grupos de genes biosintéticos. Uno de ellos era un metabolito de un grupo de genes biosintéticos previamente no caracterizado. Ese trabajo de los investigadores de JGI se publicó en abril de 2022 en Cell Chemical Biology .

Cuando se trata específicamente del asesino de insectos P. luminescens, comprender sus metabolitos secundarios y sus vías podría impulsar más aplicaciones agrícolas para el control de plagas y comprender cómo el patógeno utiliza insectos como combustible.

El impacto de la pareja podría resultar mucho más trascendental. La compatibilidad de CRAGE y CRISPR podría potencialmente permitir la introducción de CRISPR en otras bacterias, mejorando así la comprensión de la comunidad científica sobre cómo se producen los metabolitos secundarios y cómo aprovechar sus poderes en la agricultura, los productos farmacéuticos, los biocombustibles y más. + Explora más

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