La tecnología de edición de genes conocida como CRISPR ha provocado cambios revolucionarios en la agricultura, la investigación sanitaria y más.
En una investigación publicada en Nature Catalysis , los científicos de la Universidad Estatal de Florida produjeron las primeras imágenes de alta resolución en intervalos de tiempo que muestran iones de magnesio interactuando con la enzima CRISPR-Cas9 mientras corta hebras de ADN, proporcionando evidencia clara de que el magnesio desempeña un papel tanto en la rotura de enlaces químicos como en la casi corte simultáneo de ADN.
"Si estás cortando genes, no querrás que solo se rompa una hebra de ADN, porque la célula puede repararla fácilmente sin necesidad de editarla. Lo que quieres es que ambas hebras se rompan", dijo Hong Li, profesor del Departamento de Química. y Bioquímica y director del Instituto de Biofísica Molecular. "Se necesitan dos cortes que se disparen muy juntos. El magnesio desempeña un papel en ello y vimos exactamente cómo funciona".
CRISPR-Cas9 es la herramienta más utilizada para la manipulación genética. La tecnología utiliza una enzima reutilizada para unirse al ADN, lo que permite alteraciones en ubicaciones específicas del genoma.
Los científicos sabían que el magnesio desempeña un papel en este proceso, pero no estaba claro exactamente cómo, y nadie había podido capturar imágenes del proceso en intervalos de tiempo de cerca. Al aprovechar una versión más lenta de CRISPR-Cas9, esta investigación demostró que los iones de magnesio en el centro de la reacción de catálisis son la clave para el corte casi simultáneo.
"Creo que muchas veces en la ciencia, aunque puedas inferir algo, te gustaría tener pruebas", dijo Li. "Por ejemplo, con el magnesio todo el mundo sabe que lo necesita, pero no verlo en acción no es una ciencia completa, ¿verdad? No se tiene el mismo nivel de comprensión de cómo funciona".
Los investigadores utilizaron el microscopio crioelectrónico del Biological Science Imaging Resource de FSU, que puede producir imágenes con resolución casi atómica, para observar iones metálicos y otros átomos trabajando dentro de la enzima CRISPR-Cas9. Eso les permitió recopilar datos que no sólo confirmaron sus hipótesis anteriores, sino que también llevaron al sorprendente descubrimiento sobre cómo el magnesio coordina las roturas de doble cadena.
CRISPR hizo su debut en la edición de genes en 2013 y, desde entonces, los científicos han trabajado para aumentar su confiabilidad y ampliar su aplicabilidad a una variedad de organismos y tipos de células diversos.
"Al alterar los sitios activos (los conjuntos de 'tijeras' que cortan las cadenas de ADN objetivo y no objetivo) podemos influir en la capacidad de Cas9 para utilizar metales alternativos para cortar", dijo el candidato doctoral y coautor del artículo Mitchell Roth. "Aún queda mucho por explorar con CRISPR."
Comprender cómo cada elemento afecta el funcionamiento de la enzima brinda a los científicos una idea de qué vías de investigación podrían generar nuevos conocimientos y usos. Li y su equipo están planeando realizar más investigaciones para investigar cómo se puede adaptar CRISPR-Cas9 para otros fines.
Los coautores de este artículo fueron los ex investigadores postdoctorales Anuska Das y Jay Rai, el candidato a doctorado Yuerong Shu, la estudiante universitaria Megan L. Medina y la ex estudiante universitaria Mackenzie R. Barakat, todos de la antigua Unión Soviética.
Más información: Anuska Das et al, Estados catalíticos acoplados y el papel de la coordinación de metales en Cas9, Nature Catalysis (2023). DOI:10.1038/s41929-023-01031-1
Información de la revista: Catálisis de la naturaleza
Proporcionado por la Universidad Estatal de Florida
