Las enzimas pueden superar a las enzimas proteicas en ingeniería genética

Vaya a las proteínas modificadoras de genes: hay una herramienta de ingeniería genética más pequeña, más barata y más específica en el bloque: enzimas de ADN: pequeñas moléculas de ADN que pueden actuar como enzimas de proteínas.

Investigadores de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign han desarrollado una tecnología que, por primera vez, permite que el ADN se dirija y corte el ADN de doble hebra, superando importantes limitaciones de la tecnología. Las enzimas se han utilizado en biosensores, computación de ADN y muchas otras aplicaciones. Sin embargo, cuando se trata de aplicaciones de ingeniería genética como la edición de genes o terapia de genes, se enfrentaron a un desafío: las enzimas solo podían apuntar a sitios en el ADN monocatenario, mientras que en las células el ADN que codifica los genes es bicatenario. Los investigadores publicaron su nuevo método en Revista de la Sociedad Química Estadounidense.

«Las enzimas tienen muchas ventajas, incluida una mayor estabilidad, menor tamaño y menor costo que las enzimas proteicas. Estas ventajas encajan bien con los requisitos de las herramientas de ingeniería genética», dijo el líder del estudio Yi Lu, profesor de química en Illinois. «Ninguna enzima puede alterar el ADN de doble hebra hasta que este trabajo. Al lograr esto, estamos abriendo la puerta para que el ADN entre en todo el ámbito de la ingeniería genética».

En el ADN de doble hebra, las dos hebras se emparejan específicamente con secuencias complementarias. Para permitir que el ADN corte el ADN de doble hebra, el equipo de Illinois ha desarrollado una tecnología que combina el ADN con moléculas auxiliares llamadas ácidos nucleicos peptídicos.

«El PNA es un material de unión de ADN muy fuerte, lo suficientemente fuerte como para unirse a una hebra de ADN de doble hebra, aunque todas las bases ya están emparejadas con la otra hebra», dijo Mingkuan Lyu, estudiante de posgrado y autor del primer libro. papel. «Una vez que se produce este proceso, una hebra de ADN de doble hebra será ocupada por PNA, y la otra hebra se revelará como ADN de hebra sencilla y estará disponible para que el ADN interactúe».

El equipo demostró por primera vez la tecnología, denominada ADN de doble hebra asistida por PNA por DNAzymes, o PANDA, en secuencias de prueba sintéticas para demostrar que corta una o ambas hebras de un objetivo de ADN de doble hebra. También probaron la capacidad de PANDA para discriminar una secuencia objetivo específica de secuencias similares. Esto es importante, dijeron los investigadores, porque la actividad no intencionada es uno de los desafíos que tiene aplicaciones clínicas limitadas de las tecnologías de edición de genes basadas en proteínas, como CRISPR.

«En CRISPR-Cas9, el ARN guía es responsable del reconocimiento personalizado del objetivo, pero en PANDA, tanto DNAzyme como PNA lo son. Por lo tanto, hay un mecanismo de ‘doble verificación’ inherente en PANDA, que lo hace más estricto en la especificidad del objetivo» Liu dijo: “Probamos la especificidad mutando solo una base dentro del objetivo. Y resulta que, en la mayoría de los casos, PANDA puede reconocer este pequeño cambio y negarse a cortar el objetivo equivocado «.

Otra ventaja de PANDA es talla pequeñaJuntas, dijeron la molécula de PNA y la DNAzima, unas cinco veces más pequeñas que el complejo CRISPR-Cas9, lo que le permite acceder a sitios abarrotados dentro del ADN apretado de un cromosoma que una proteína grande no puede alcanzar.

A continuación, los investigadores planean investigar el rendimiento del sistema PANDA dirigido a genes de interés en células vivas. También planean expandir el catálogo de genes a los que puede dirigirse el sistema PANDA.

«La secuencia de orientación se puede cambiar y personalizar fácilmente para aplicaciones específicas», dijo Lu. «Por tanto, el sistema PANDA podría servir como una nueva herramienta alternativa para una amplia gama de aplicaciones de ingeniería genética y otras aplicaciones de bioquímica y biotecnología».