Los investigadores de ETH han desarrollado un método que permite comprimir grandes cantidades de información genética y luego descomprimirlas nuevamente en las células. Esto podría ayudar en el desarrollo de nuevas terapias.

¿Qué hace si tiene un documento grande o una imagen de alta resolución que es demasiado grande para enviarla por correo electrónico? Simplemente comprímalo a un tamaño más manejable usando un software adecuado. "En lugar de enviar la información 'blanco-blanco-blanco-blanco-blanco -...' para cada píxel de una línea blanca, solo el mensaje 'blanco 1, 000 veces 'se transmite, "explica Kobi Benenson, Jefe del Grupo de Biología Sintética del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Biosistemas de ETH en Basilea. Una vez recibido, la información puede volver a su tamaño original, es decir, descomprimido.

Capacidad de transporte limitada

Este método para archivos digitales inspiró a Benenson y su colega Nicolas Lapique a desarrollar una solución innovadora para sistemas biológicos. Desarrollaron un método que podría usarse para comprimir el ADN del material genético:se comprime para transportarlo a las células y luego se ensambla en información genética funcional una vez dentro de la célula.

Este tipo de solución podría ser útil para los biólogos, particularmente para biología sintética o biotecnología, ya que los científicos están limitados cuando intentan implantar grandes cantidades de información en las células en forma de ADN. El problema es que los vehículos de transporte que se utilizan actualmente para este fin solo pueden cargarse con una cantidad limitada de ADN.

Eliminando repeticiones en el ADN

El principio básico detrás de esta innovadora compresión de ADN es el mismo que el principio detrás de comprimir un archivo digital:"Los elementos que aparecen a menudo en la secuencia de ADN que se va a implantar solo se transmiten una vez, "explica Benenson.

Por ejemplo, esto podría aplicarse a los promotores, secciones del ADN que regulan si se lee el gen asociado y cómo se lee. Si el ADN que se transportará a la célula contiene cuatro genes diferentes que tienen el mismo promotor, solo se incluirá una vez.

Empaquetado herméticamente y reensamblado en el destino.

Eliminar redundancias no lo es todo, sin embargo. Los investigadores de ETH ensamblan el ADN para ser transportado a la célula de acuerdo con reglas específicas. Benenson habla de "codificación comprimida".

Los cuatro genes de nuestro ejemplo reciben primero un promotor conjunto. Los investigadores encadenan las cuatro secuencias de genes codificantes de forma compacta en la doble hebra de ADN. Lo equipan todo con secuencias de parada individuales y, lo que es más importante, diferentes sitios de unión para una recombinasa, una enzima que puede abrir, girar, y reensamblar hebras de ADN.

"La recombinasa asume el papel del software de descompresión, "explica Benenson. Garantiza que los componentes del ADN comprimido se ensamblen en orden de funcionamiento dentro de la célula. Para los cuatro genes de ejemplo, esto significa que cada uno recibirá su propio promotor una vez reensamblado.

Los programas genéticos detectan células tumorales

Benenson y Lapique pudieron demostrar que este nuevo método realmente permite implantar grandes "programas genéticos" en células de mamíferos. "Estos son creados por el hombre y llevan a cabo tareas específicas dentro de las células, "explica Benenson. En otras palabras, comprenden todo un arsenal de componentes biológicos como proteínas y ARN que trabajan dentro de la célula de manera coordinada para lograr un objetivo definido por los científicos. En biotecnología, este método permitiría la creación de determinadas sustancias complejas como los principios activos de los medicamentos.

El grupo de Benenson, sin embargo, está trabajando en programas genéticos que, con suerte, dominarán tareas mucho más complicadas en el futuro. Una de esas tareas es la focalización del cáncer, lo que significa que el programa puede detectar sustancias específicas, los marcadores, en una celda. Dependiendo de la concentración, decide si la célula está sana o si es una célula tumoral, que el programa podría eliminar de forma independiente. Sería una especie de solución todo en uno para combatir tumores que cubriría el examen, diagnóstico e incluso tratamiento. Se ha demostrado que este enfoque funciona en cultivos celulares y al investigador también le gustaría probarlo en un modelo animal.

Diagnósticos más precisos gracias a nuevos métodos

Con los vehículos de administración de ADN disponibles actualmente, la precisión para decidir si una célula es sana o cancerosa todavía no es lo suficientemente alta, ya que no se pueden aplicar suficientes marcadores diferentes a la vez debido a la cantidad limitada de ADN que se puede transmitir.

"Una combinación de cuatro a seis marcadores sería ideal, "explica Benenson. Para poder detectar todo esto, sin embargo, se necesita el número correspondiente de sensores para reconocer las sustancias marcadoras. Más sensores:esto involucra proteínas, ARN, y componentes de ADN - también significaría más ADN que debe implantarse en la célula como modelo de los sensores. Ahora esperan que un programa pueda utilizar este nuevo método de compresión y descompresión de ADN para implementar sensores adicionales y así aumentar la tasa de precisión.

Préstamos de tecnología de la información

No es una coincidencia que los programas genéticos desarrollados por Benenson y Lapique estén estructurados de manera lógica y funcionen de manera similar a los programas de computadora. "Nuestra investigación a menudo se inspira en la informática y la tecnología de la información, ", explica Benenson. Claramente, disfruta pensando fuera de la caja. Cuando se trata de los nuevos métodos de transporte de ADN, es seguro decir:es una suerte que los archivos adjuntos de correo electrónico tengan restricciones de tamaño.

El estudio se publica en Nanotecnología de la naturaleza .