Edición eficiente del genoma en múltiples sitios utilizando poliplex derivados de retrones

La edición del genoma se ha convertido en una técnica ampliamente adoptada para modificar el ADN en las células, lo que permite a los científicos estudiar enfermedades en el laboratorio y desarrollar tratamientos que corrijan las mutaciones que causan enfermedades. Sin embargo, con los métodos actuales, sólo es posible editar celdas en un lugar a la vez.

Ahora, un equipo de científicos del Instituto Gladstone ha desarrollado un nuevo método que les permite realizar modificaciones precisas en múltiples sitios dentro de una célula. De repente. Utilizando moléculas llamadas retrovirales, crearon una herramienta que puede modificar de manera eficiente el ADN en bacterias, levaduras y células humanas.

«Queríamos ampliar los límites de las tecnologías genómicas mediante herramientas de ingeniería que nos ayudaran a estudiar la verdadera complejidad de la biología y las enfermedades», dice el coinvestigador Seth Shipman, Ph.D., autor principal de un nuevo estudio publicado en la revista Neuropsychology. Bioquímica de la naturaleza.

Superar limitaciones

Shipman es pionero en el campo emergente y de rápido crecimiento de los retrovirales, componentes moleculares del sistema inmunológico bacteriano que pueden producir grandes cantidades de ADN. En 2022, combinando retrones con la edición del genoma CRISPR-Cas9, su laboratorio logró idear un sistema para editar células humanas de forma rápida y eficiente.

En el nuevo estudio, los investigadores querían utilizar su sistema para superar las limitaciones de los métodos actuales de edición del genoma.

«Si desea editar una célula en múltiples ubicaciones del genoma que no están muy juntas, el enfoque estándar hasta ahora era realizar las ediciones una a la vez», dice Alejandro González Delgado, uno de los primeros autores del estudio y estudiante postdoctoral. investigador en el laboratorio de Shipman. «Fue un ciclo arduo: primero haces una edición, luego usas las celdas editadas para hacer otra edición, y así sucesivamente».

En cambio, el equipo encontró una manera de codificar el retrotrón para que pudiera generar diferentes partes de ADN. Cuando estos retrotrones diseñados genéticamente, llamados multitrones, se introducen en una célula, pueden realizar múltiples modificaciones a la vez.

Otro beneficio de los MNT es su capacidad para eliminar grandes porciones del genoma.

Usando multitrones, podemos realizar eliminaciones en serie para cortar y reducir las partes medias de la región del genoma a la que nos dirigimos, acercando los extremos divergentes hasta que toda la región se elimine por completo.

Alejandro González Delgado, MD, es uno de los primeros autores del estudio.

Muchas aplicaciones potenciales

Como parte de su estudio, Shipman y su equipo demostraron aplicaciones inmediatas de su nuevo método en registro molecular e ingeniería metabólica.

Los investigadores han demostrado previamente que los retiros se pueden utilizar para registrar eventos moleculares en una célula, proporcionando un registro detallado de la actividad de la célula y los cambios en su entorno. Con múltiples retrirones, los investigadores pudieron ampliar este enfoque y ahora pueden grabar con mayor sensibilidad.

“Los dispositivos Multitron nos permiten registrar señales muy débiles y muy fuertes al mismo tiempo, ampliando el rango dinámico de nuestras grabaciones”, dice González-Delgado. “Con el tiempo, podemos imaginarnos implementar este tipo de herramienta en el microbioma intestinal para registrar una señal. señal como la inflamación”.

En cuanto a la ingeniería metabólica, los científicos han demostrado que los módulos multitrón se pueden utilizar para editar múltiples genes simultáneamente en una vía metabólica para aumentar rápidamente la producción de una sustancia objetivo dentro de la célula. Probaron su enfoque con un poderoso antioxidante llamado licopeno y lograron triplicar la producción de este compuesto.

«Para comenzar a modelar enfermedades genéticas complejas y eventualmente encontrar tratamientos o curas, necesitamos hacer muchas mutaciones», dice Shipman, quien también es profesor asociado en el Departamento de Bioingeniería y Ciencias Terapéuticas de la Universidad de California en San Francisco. , e investigador del Chan Zuckerberg Biohub «Nuestro nuevo enfoque es un paso hacia eso».