Desarrollan un “mini” sistema de edición del genoma CRISPR

Bioingenieros han reutilizado un sistema CRISPR para hacer una versión más pequeña de la herramienta de ingeniería del genoma.

Su diminuto tamaño debería hacer que sea más fácil de administrar a células humanas, tejidos y el cuerpo para terapia génica.

La analogía común para la edición de genes CRISPR es que funciona como tijeras moleculares, cortando secciones seleccionadas de ADN.

A Stanley Qi, profesor asistente de bioingeniería en la Universidad de Stanford, le gusta esa analogía, pero cree que es hora de reinventar CRISPR como una navaja suiza.

“CRISPR puede ser tan simple como un cortador, o más avanzado como un regulador, un editor, una etiquetadora o un generador de imágenes.

Están surgiendo muchas aplicaciones de este apasionante campo”, dijo Qi, quien también es profesor asistente de química y biología de sistemas en la Escuela de Medicina de Stanford y académico del instituto Stanford ChEM-H.

Sin embargo, los diferentes sistemas CRISPR en uso o que se están probando clínicamente para la terapia génica de enfermedades en el ojo, el hígado y el cerebro siguen siendo limitados en su alcance porque todos padecen el mismo defecto: son demasiado grandes y, por lo tanto, también difícil de introducir en células, tejidos u organismos vivos.

Qi y sus colaboradores anuncian lo que creen que es un gran paso adelante para CRISPR: un sistema mini CRISPR eficiente y multipropósito.

Mientras que los sistemas CRISPR de uso común, con nombres como Cas9 y Cas12a que denotan varias versiones de proteínas asociadas a CRISPR (Cas), están hechos de aproximadamente 1000 a 1500 aminoácidos, su “CasMINI” tiene 529.

Los investigadores confirmaron en experimentos que CasMINI podría eliminar, activar y editar el código genético al igual que sus contrapartes más robustas.

Su tamaño más pequeño significa que debería ser más fácil de administrar a las células humanas y al cuerpo humano, lo que lo convierte en una herramienta potencial para tratar diversas dolencias, incluidas enfermedades oculares, degeneración de órganos y enfermedades genéticas en general.

Para hacer que el sistema sea lo más pequeño posible, los investigadores decidieron comenzar con la proteína CRISPR Cas12f (también conocida como Cas14), porque contiene solo alrededor de 400 a 700 aminoácidos.

Sin embargo, al igual que otras proteínas CRISPR, Cas12f se origina naturalmente a partir de Archaea, organismos unicelulares, lo que significa que no se adapta bien a las células de mamíferos, y mucho menos a las células o los cuerpos humanos.

Se sabe que solo unas pocas proteínas CRISPR funcionan en células de mamíferos sin modificaciones.

Desafortunadamente, CAS12f no es uno de ellas.

Esto lo convierte en un desafío atractivo para bioingenieros como Qi.

“Pensamos, ‘Está bien, millones de años de evolución no han podido convertir este sistema CRISPR en algo que funcione en el cuerpo humano. ¿Podemos cambiar eso en solo uno o dos años? ‘”, Dijo Qi.

“Que yo sepa, hemos convertido, por primera vez, un CRISPR no funcional en uno funcional“.

De hecho, Xiaoshu Xu, un erudito postdoctoral en el laboratorio de Qi y autor principal del artículo, no vio actividad del Cas12f natural en las células humanas.

Xu y Qi plantearon la hipótesis de que el problema era que el ADN del genoma humano es más complicado y menos accesible que el ADN microbiano, lo que dificulta que Cas12f encuentre su objetivo en las células.

Al observar la estructura calculada computacionalmente del sistema Cas12f, eligió cuidadosamente alrededor de 40 mutaciones en la proteína que podrían evitar esta limitación y estableció una línea para probar muchas variantes de proteínas a la vez.

Una variante de trabajo, en teoría, convertiría en verde una célula humana activando la proteína verde fluorescente (GFP) en su genoma.

“Al principio, este sistema no funcionó en absoluto durante un año”, dijo Xu.

“Pero después de iteraciones de bioingeniería, vimos que algunas proteínas diseñadas comenzaban a activarse, como por arte de magia.

Nos hizo apreciar realmente el poder de la biología sintética y la bioingeniería“.

Los primeros resultados exitosos fueron modestos, pero entusiasmaron a Xu y la animaron a seguir adelante porque significaba que el sistema funcionaba.

Durante muchas iteraciones adicionales, pudieron mejorar aún más el rendimiento de la proteína.

“Comenzamos viendo solo dos células que mostraban una señal verde, y ahora, después de la ingeniería, casi todas las células son verdes bajo el microscopio”, dijo Xu.

“En algún momento, tuve que detenerla“, recordó Qi.

“Dije ‘Eso es bueno por ahora. Has creado un sistema bastante bueno.

Deberíamos pensar en cómo se puede utilizar esta molécula para aplicaciones“.

Además de la ingeniería de proteínas, los investigadores también diseñaron el ARN que guía a la proteína Cas hacia su ADN objetivo.

Las modificaciones en ambos componentes fueron cruciales para que el sistema CasMINI funcionara en células humanas.

Probaron la capacidad de CasMINI para eliminar y editar genes en células humanas de laboratorio, incluidos genes relacionados con la infección por VIH, la respuesta inmune antitumoral y la anemia.

Funcionó en casi todos los genes que probaron, con respuestas sólidas en varios.

Los investigadores ya han comenzado a establecer colaboraciones con otros científicos para buscar terapias genéticas.

También están interesados en cómo podrían contribuir a los avances en las tecnologías de ARN, como la que se ha utilizado para desarrollar las vacunas de ARNm COVID-19, donde el tamaño también puede ser un factor limitante.

“Esta capacidad de diseñar estos sistemas ha sido deseada en el campo desde los primeros días de CRISPR, y siento que hicimos nuestra parte para avanzar hacia esa realidad”, dijo Qi.

“Y este enfoque de ingeniería puede ser muy útil. Eso es lo que me emociona: abrir la puerta a nuevas posibilidades“.

Fuente: Stanford News