Los padres de recién nacidos pueden estar familiarizados con el trastorno metabólico fenilcetonuria: en Suiza, todos los bebés recién nacidos son examinados para esta enfermedad genética. Si se descubre que un bebé tiene fenilcetonuria, necesita una dieta especial para que el aminoácido fenilalanina no se acumule.en el cuerpo. El exceso de fenilalanina retrasa el desarrollo mental y motor. Si no se trata, los niños pueden sufrir una discapacidad mental masiva.
La causa de este trastorno metabólico es una mutación en un gen que proporciona el modelo para la enzima fenilalanina hidroxilasa Pah. Esta enzima, que es producida por las células del hígado, metaboliza la fenilalanina. El trastorno se conoce como "autosómico recesivo ": el niño desarrolla la enfermedad si hereda un gen mutado de la madre y otro del padre. Hasta la fecha, no ha habido cura para este trastorno.
Mejora del sistema CRISPR / Cas9
Un equipo de investigadores dirigido por el profesor de ETH Gerald Schwank ahora ha aprovechado un método para corregir ambos genes mutados en las células del hígado y así curar la enfermedad. Lo han logrado, al menos en ratones.
Con la ayuda de un sistema CRISPR / Cas9 extendido por una enzima, los investigadores cambiaron la secuencia de los componentes básicos del ADN para el gen correspondiente en ratones adultos. Posteriormente, las células del hígado pudieron producir enzimas Pah funcionales, y los ratones fueronsanado.
Veamos los detalles: el sistema CRISPR / Cas9 mejorado por la enzima citidina desaminasa se une al locus del gen que necesita ser corregido y abre localmente ambas cadenas de ADN. La desaminasa convierte el par de bases de ADN que causa la enfermedad CG enTA, que es el par de bases que se encuentra en ese punto en individuos sanos. Esto corrige el error en la secuencia de ADN de la enzima Pah.
En la edición tradicional de CRISPR / Cas, inducir una ruptura de la doble hebra del ADN es el elemento central de la edición del genoma. La doble hebra se corta en un punto definido y la célula intenta reparar el corte utilizando varios mecanismos. Si un ADN coincidenteLa secuencia se agrega a la célula desde el exterior, habilita un mecanismo de reparación especializado para modificar con precisión la secuencia genética específica.
El problema aquí es que la mayoría de las células humanas utilizan principalmente otros mecanismos de reparación del ADN que producen mutaciones adicionales no deseadas.
Edición del genoma más respetuosa
Los investigadores se dieron cuenta de que la nueva herramienta de edición del genoma es mucho más eficiente que el método tradicional CRISPR / Cas9: se corrigieron hasta el 60 por ciento de todas las copias del gen con errores en el hígado del ratón. Esto resultó en una disminución de la concentración de fenilalaninaa niveles normales, y los animales ya no muestran ningún signo del trastorno después de ser tratados con la herramienta de edición del genoma.
Para transferir el código genético de la nueva herramienta de edición a las células del hígado, los investigadores implantaron los genes requeridos en virus adenoasociados y los inyectaron en la sangre de los ratones. Luego, el virus infectó las células del hígado, introduciendo así los genespara la herramienta de edición en la célula del hígado.
Curación de otras enfermedades metabólicas
"Este enfoque tiene un gran potencial de aplicación en humanos", dice Gerald Schwank. Sin embargo, este estudio es solo una primera prueba de concepto. Deberían realizarse estudios clínicos en otros modelos animales para probar la eficacia y seguridad delnueva herramienta de edición del genoma para su aplicación en humanos.
Los métodos anteriores de edición del genoma solo tienen un éxito limitado en la corrección de mutaciones diana directamente en animales. La tasa de corrección en el hígado de ratones adultos ha sido anteriormente solo un pequeño porcentaje, explica Schwank. "Aquí hemos logrado tasas de edición varias veces más altas- nadie lo ha logrado hasta ahora ".
Schwank considera que los riesgos son bajos. Después de aplicar la herramienta de edición en el modelo de ratón, los investigadores buscaron mutaciones no objetivo, es decir, en sitios donde no debería haber mutaciones. Pero no encontraron ninguna. Schwankquisiera examinar esto más de cerca en un estudio de seguimiento. "El hígado humano consta de varios miles de millones de células. En ninguna de ellas queremos inducir mutaciones que puedan causar cáncer", enfatiza Schwank. También se necesitan pruebas para averiguarsi el virus adenoasociado utilizado por los investigadores como vehículo para aplicar el gen de la herramienta de edición causa algún efecto adverso.
Centrarse en otros trastornos metabólicos
"El uso de un editor de base fue la clave de nuestro éxito", explica el candidato a doctorado de Schwank y autor principal del estudio, Lukas Villiger. Fueron desarrollados en el Instituto de Tecnología de Massachusetts MIT y presentados hace solo dos años enuna revista científica. Antes de eso, los investigadores de ETH habían estado trabajando con enfoques tradicionales CRISPR / Cas. En 2016, Schwank y Villiger comenzaron a usar las técnicas desarrolladas por los investigadores de EE. UU. "Incluso con los nuevos editores base, el camino aún noseguir una línea recta, tuvimos que jugar un poco ", dice Villiger. La mayor sorpresa fue que este sistema es mucho más efectivo que la caja de herramientas tradicional CRISPR / Cas.
Schwank ahora está buscando fondos para realizar pruebas en otros modelos animales como los cerdos. "El hígado del ratón difiere en tamaño y estructura del de los humanos o los cerdos, por lo que definitivamente tenemos que expandir el alcance de nuestros ensayos a otrosorganismos para progresar ".
La fenilcetonuria no es el único trastorno genético metabólico que afecta al hígado. Por ejemplo, los trastornos del ciclo de la urea impiden que el cuerpo elimine el amoníaco como un subproducto de los alimentos que contienen nitrógeno de la sangre y lo metabolice a urea.en disfunciones del sistema nervioso central. La única opción disponible actualmente para curar esta enfermedad es el trasplante de hígado. Por lo tanto, a Schwank le gustaría probar la herramienta de edición del genoma recientemente desarrollada para su uso también en este tipo de enfermedades.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por ETH Zúrich . Original escrito por Peter Rüegg. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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