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El Blog del Centro Latinoamericano de Investigación y Formación en Biomedicina

Una toxina bacteriana habilita el primer editor de genes mitocondriales

El armamento bacteriano tiene un uso inesperado en células humanas.

Una proteína secretada por bacterias para matar otros microbios ha sido rediseñada para modificar el ADN inaccesible para otros editores de genes, así lo dieron a conocer los científicos este 8 de julio en Nature . El avance allana el camino para un día poder arreglar mutaciones en el ADN de las mitocondrias. Esos organelos productores de energía se heredan de la madre y tienen su propio ADN, distinto de la información genética, de ambos padres, que se almacena en el núcleo de una célula.


Los científicos informan sobre una nueva herramienta de edición de genes que puede apuntar al ADN en las mitocondrias (rojo). Los editores anteriores solo fueron efectivos en núcleos (azul). Foto: LABORATORIO TSLIL AST / MOOTHA


"He sido biólogo mitocondrial durante 25 años y lo veo como un avance extremadamente importante para el campo", dice Vamsi Mootha, investigador del Instituto Médico Howard Hughes en el Hospital General de Massachusetts en Boston y el Instituto Broad del MIT y Harvard.


Las mutaciones en el ADN mitocondrial provocan más de 150 síndromes distintos y afectan a entre 1.000 y 4.000 niños nacidos en los Estados Unidos cada año. No existen curas para estas enfermedades y, en la actualidad, la única forma de evitar que un niño herede mitocondrias disfuncionales es un método controvertido de “bebé de tres padres” ( SN: 14/12/16 ). Esta técnica de fertilización in vitro requiere mitocondrias de un óvulo donante, además de información genética de una madre y un padre.


Un enfoque para desarrollar curas para enfermedades genéticas es la edición de genes, una técnica que realiza cambios directamente en el ADN. Quizás el editor de genes más famoso, CRISPR / Cas9 es una tijera molecular que corta el ADN. Los investigadores también han utilizado anteriormente moléculas llamadas TALEN para cortar el ADN mitocondrial en ratones y eliminar orgánulos defectuosos ( SN: 23/4/15 ). Una tecnología más nueva, llamada editores de bases , une proteínas que pueden cambiar las bases del ADN, representadas por las letras A, C, G y T, a una versión modificada de la proteína Cas9 asociada a CRISPR ( SN: 25/10/17). Estos editores transforman químicamente una base de ADN en otra, esencialmente corrigiendo errores tipográficos que pueden provocar enfermedades. Esta tecnología, sin embargo, funciona solo en el ADN en los núcleos, no en las mitocondrias.


La toxina secretada por la bacteria Burkholderia cenocepacia demostró inesperadamente ser la solución necesaria para crear un editor de base compatible con las mitocondrias. Marcos de Moraes, microbiólogo de la Universidad de Washington en Seattle, dedujo que la toxina mató a las bacterias al causar mutaciones disruptivas en el ADN. Pero durante meses, no pudo desenredar cómo funcionaba el proceso a nivel molecular. Estaba a punto de dejar el proyecto cuando inesperadamente un solo experimento nocturno hizo que todo encajara.


Fue como una telenovela, dice de Moraes. Desde el principio había sospechado que la proteína de la toxina se unía al ADN y modificaba una letra del ADN, citosina (C), por lo que se parecía a otra diferente, timina (T). Estos errores tipográficos intencionales de ADN fueron los que derribaron a las víctimas de la toxina. Pero lo que De Moraes aprendió de ese fatídico experimento nocturno fue que, a diferencia de todas las demás proteínas convertidoras de citosina, la toxina hizo cambios en el ADN bicatenario en lugar de en el ADN monocatenario.


Esto parece una diferencia menor, pero tiene importantes implicaciones. Hasta ahora, los editores de bases han usado proteínas como Cas9 para separar el ADN objetivo en cadenas simples antes de realizar un cambio. Pero los fragmentos de ARN necesarios para la función de estas proteínas no pueden ingresar a las mitocondrias. Un editor de base basado en la toxina B. cenocepacia , que funciona con ADN de doble hebra, ya no necesitaría depender de Cas9.


La perspectiva de desarrollar una herramienta compatible con las mitocondrias estimuló las conversaciones con David Liu, biólogo químico e investigador del HHMI en la Universidad de Harvard y el Instituto Broad del MIT y Harvard.


Sin embargo, la nueva enzima convertidora de citosina fue tan letal para las células de mamíferos como para las presas bacterianas. El primer paso para "domesticar a la bestia" fue modificar la toxina para que no estropeara indiscriminadamente el ADN de doble hebra, dice Liu. Los investigadores dividen la proteína en mitades no tóxicas; las dos piezas cambiaron la citosina en timina solo cuando se juntaron en el mismo lugar de ADN.


“Es bastante brillante”, dice Carlos Moraes, biólogo mitocondrial de la Universidad de Miami en Florida que no participó en el trabajo.

Para dirigir la actividad de las mitades de la enzima, los investigadores unieron proteínas TALE, pequeños trozos de proteína que podrían elegirse para apuntar a tramos específicos de ADN. En experimentos de cultivo celular, el editor mitocondrial convirtió con éxito la citosina en timina en las ubicaciones previstas del ADN mitocondrial, con eficiencias que van del 5 al 49 por ciento.


El trabajo futuro tendrá como objetivo mejorar la eficiencia, desarrollar nuevos tipos de editores mitocondriales que puedan producir otros cambios en la base del ADN y ver si la edición de genes mitocondriales funciona en animales.

“Este es solo el primer paso”, dice Shoukhrat Mitalipov, biólogo mitocondrial de la Universidad de Salud y Ciencias de Oregon en Portland, que no participó en el trabajo. "Pero están en la dirección correcta".


Autor: Jack J. Lee

Artículo original: https://www.sciencenews.org/article/mitochondria-gene-editing-bacterial-toxin-crispr


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