La edición de ADN acaba de obtener un lápiz nuevo y afilado. Los investigadores han creado una enzima que puede realizar un intercambio de ADN previamente imposible, cambiando directamente el par de bases de ADN de A ● T a G ● C. La nueva enzima, conocida comoeditor base, algún día puede permitir la cirugía del genoma que borra mutaciones dañinas y escribe en otras útiles, el investigador del Instituto Médico Howard Hughes HHMI David Liu y sus colegas informan el 25 de octubre de 2017, en Naturaleza .
El nuevo sistema es una "adición realmente emocionante a la caja de herramientas de ingeniería del genoma", dice Feng Zhang, un erudito de la facultad HHMI-Simons y biólogo molecular en el Instituto Broad del MIT y Harvard, que no participó en el estudio ".un gran ejemplo de cómo podemos aprovechar enzimas y procesos naturales para acelerar la investigación científica "
Algunas herramientas de edición del genoma, como el método conocido como CRISPR / Cas9, cortan ambas cadenas de ADN y dependen de la propia maquinaria molecular de la célula para llenar el vacío con la secuencia de ADN deseada. Los editores de bases son, en cierto sentido, másherramientas precisas: "CRISPR es como tijeras, y los editores de base son como lápices", dice Liu, biólogo químico y molecular de la Universidad de Harvard y el Broad Institute.
Esos lápices pueden reescribir las unidades químicas individuales de ADN, conocidas como bases. Cada base en una cadena de ADN se une a su base asociada en una cadena opuesta, de modo que la base de la adenina se empareja con la timina A ● T y los pares de guaninacon citosina G ● C. El año pasado, Liu y sus colegas describieron un editor base que podría cambiar los pares de bases C ● G en T ● A. Pero los investigadores no tenían la capacidad de convertir A ● T en G ● C, hastaahora.
Al entrar, Liu y su equipo sabían que el proyecto era arriesgado, porque el primer paso consistía en crear una enzima que aún no existía. La investigadora postdoctoral Nicole Gaudelli asumió el desafío, confiando en parte en la evolución para crear una enzima quepodría hacer el trabajo. Gaudelli comenzó con una enzima llamada TadA que es capaz de convertir la adenina en una molécula llamada inosina que las células tratan como guanina, pero transfiere ARN en lugar de ADN. Creó bibliotecas más grandes de mutantes de TadA en células bacterianas yrequirió que convirtieran A en inosina en genes de resistencia a antibióticos para sobrevivir en presencia de antibióticos. Las bacterias sobrevivientes codificaron mutaciones de TadA que impartían la capacidad de realizar la conversión de adenina a inosina en el ADN.
Esta evolución en el laboratorio valió la pena. Muy pronto, los investigadores vieron que algunas colonias bacterianas podían arreglar sus propias mutaciones con cirugía química y sobrevivir al desafío antibiótico. Junto con otros ajustes, los investigadores unieron la enzima a una molécula llamadaNickase Cas9. Ese complemento permite que el editor de base encuentre el lugar correcto para cortar a lo largo de una hebra de ADN y cortar la hebra opuesta de ADN, un nick que incita a la célula a insertar el par de bases asociado correcto para que coincida con el nuevo,completando así el intercambio de A ● T a G ● C.
Junto con varias enzimas relacionadas, la versión más engañada, llamada ABE7.10, es un cirujano químico eficiente, que convierte A ● T en G ● C en genomas humanos y bacterianos. La enzima opera con más del 50 por ciento de eficienciay pocos, si alguno, subproductos como mutaciones no deseadas.
Las mutaciones en las que un G ● C muta en un A ● T representan casi la mitad de las aproximadamente 32,000 mutaciones de un solo punto asociadas con enfermedades humanas. Los experimentos en el nuevo estudio sugieren la promesa del nuevo lápiz genómico. ABE7.10 revirtióuna mutación G-to-A asociada con una enfermedad genética de almacenamiento de hierro conocida como hemocromatosis en células tomadas de pacientes. En un experimento diferente, ABE7.10 agregó una mutación que restableció la función de un gen de hemoglobina en células humanas. Esa mutación esse sabe que confieren protección contra enfermedades de la sangre, incluida la anemia falciforme.
Los resultados son un primer paso. "Estamos trabajando arduamente para tratar de traducir la tecnología de edición de bases en terapéutica humana", dice Liu, pero quedan muchos obstáculos. Los métodos de seguridad, eficiencia y entrega del editor de bases aún deben ser respondidos antes de la basela edición se puede utilizar para modificar el genoma humano. "Tener una máquina que pueda hacer el cambio que quieres hacer es solo el comienzo", dice Liu. "Todavía necesitas hacer todo este otro trabajo, pero tener la máquina realmente ayuda."
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Materiales proporcionado por Instituto Médico Howard Hughes . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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