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Científicos han desbloqueado un nuevo sistema natural de edición génica

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Investigadores del Instituto Broad (del MIT y Harvard), del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT), los Institutos Nacionales de Salud de Estados Unidos (NIH), Universidad de Rutgers en New Brunswick y el Instituto Skolkovo de Ciencia y Tecnología, han caracterizado un nuevo sistema de edición génica con CRISPR que se dirige a ARN, en lugar de ADN.

El nuevo enfoque tiene el potencial de abrir una potente vía en la manipulación celular. Mientras que la edición de ADN hace cambios permanentes en el genoma de una célula, el enfoque dirigido a ARN basado en CRISPR puede permitir a los investigadores realizar cambios temporales que se pueden ajustar, y con mayor especificidad y funcionalidad que los métodos existentes para la interferencia de ARN.

En un estudio publicado en la revista Science, Feng Zhang y sus colegas en el Instituto Broad y el Instituto McGovern para la Investigación del Cerebro en el MIT, junto con los co-autores Eugene Koonin y sus colegas en el NIH, además de Konstantin Severinov de la Universidad de Rutgers-New Brunswick y Skoltech, reportaron la identificación y caracterización funcional de C2c2, una enzima de ARN guía capaz de dirigir y degradar ARN.

Los resultados revelan que C2c2 (el primer sistema CRISPR de origen natural que se dirige únicamente a ARN identificado, descubierto por este grupo colaborativo en octubre de 2015) ayuda a las bacterias a protegerse contra la infección por virus. Demostraron que C2c2 se puede programar para cortar las secuencias particulares de ARN en células bacterianas, lo que la haría una importante adición a la caja de herramientas en biología molecular.

La acción centrada en ARN propia de la enzima C2c2 complementa el sistema CRISPR-Cas9, que se dirige al ADN, el plano genómico de la identidad y función celular. La capacidad de dirigirse únicamente a ARN (molécula que ayuda a llevar a cabo las instrucciones genómicas del ADN) ofrece la posibilidad de manipular específicamente ARN en una forma de alto rendimiento, y manipular la función de genes en términos más generales. Esto tiene el potencial de acelerar el progreso para entender, tratar y prevenir enfermedades.

“C2c2 abre la puerta a una nueva frontera de poderosas herramientas de CRISPR”, dijo Zhang Feng, autor principal, y miembro principal del Instituto Broad. “Hay una inmensa cantidad de posibilidades para C2c2 y estamos emocionados de desarrollarlas en una plataforma para la investigación biológica y médica.”

“El estudio de C2c2 saca a la luz un mecanismo biológico fundamentalmente novedoso que las bacterias parecen utilizar en su defensa contra los virus”, dijo Eugene Koonin, autor principal, y líder del Grupo de Genómica Evolutiva en el Centro Nacional de Información Biotecnológica del NIH. “Las aplicaciones de esta estrategia podrían ser bastante sorprendentes.”

Actualmente, la técnica más común para realizar silenciamiento de genes son los ARN pequeños de interferencia (siRNA). Según los investigadores, los métodos de edición de ARN con C2c2 sugieren una mayor especificidad y tienen el potencial para una gama más amplia de aplicaciones, tales como:

  • La adición de módulos a secuencias de ARN específicas para alterar su función (la forma en que se traducen en proteínas) lo que las haría valiosas herramientas para cribado de gran escala y la construcción de redes reguladoras sintéticas.
  • El aprovechamiento de C2c2 para etiquetar con fluorescencia a ARN como un medio para estudiar su tráfico y la localización subcelular.

En este trabajo, el equipo fue capaz de orientar con precisión y eliminar las secuencias específicas de ARN utilizando C2c2 – reduciendo el nivel de expresión de la proteína correspondiente. Esto sugiere C2c2 podría representar un enfoque alternativo para silenciamiento génico con siRNA, complementando la especificidad y la simplicidad de la edición de ADN basado en CRISPR y ofreciendo a los investigadores capacidad se silenciamiento génico regulable utilizando ARN.

C2c2 tiene ventajas que la hacen adecuada para el desarrollo de la herramienta:

  • C2c2 es un sistema de dos componentes, que sólo requiere un único ARN guía para funcionar.
  • C2c2 es genéticamente codificable; lo cual significa que los componentes necesarios se pueden sintetizar como ADN para la entrega en el tejido y las células.

“El mayor impacto de C2c2 podría ser en nuestra comprensión del papel de ARN en la enfermedad y función celular”, dijo el co-primer autor Omar Abudayyeh, un estudiante graduado en el laboratorio de Zhang.

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