Un arma que los virus usan en su guerra interminable con bacterias podría usarse para desactivar la herramienta de edición de genes más poderosa del mundo.
Eso, a su vez, podría reducir el riesgo de que el sistema bacteriano de cortar y pegar, llamado CRISPR-Cas9, elimine los genes incorrectos e introduzca cambios genéticos fuera de control en humanos u otras especies en la naturaleza.
En un nuevo estudio, los científicos descubrieron que una pequeña proteína apaga el sistema y, al menos en una placa de Petri, la proteína funciona en las células humanas, dijeron los investigadores.
"Es básicamente una sola proteína que podemos producir en la célula o entregar a la célula que apagará Cas9, evitará que se una y corte el ADN", dijo el autor del estudio Joseph Bondy-Denomy, un microbiólogo de la Universidad de California, San Francisco.
Genética encontrar y reemplazar
El complejo CRISPR-Cas9 es una herramienta poderosa en la defensa inmune bacteriana contra virus invasores. Cuando un virus se infiltra en una célula bacteriana, la bacteria moviliza una secuencia de ADN, llamada CRISPR, o "agrupadas repeticiones palindrómicas cortas intercaladas regularmente". El ADN consta de bloques cortos de pares de bases repetitivos separados por ADN espaciador. La bacteria copia e inserta la secuencia de ADN viral en la región CRISPR y produce dos cadenas de ARN. Este ARN luego se asocia con una enzima llamada Cas9, que actúa como un par de tijeras guiadas, dirigiéndose hacia el ADN viral objetivo y cortándolo. Finalmente, la célula repara el ADN, reemplazando el fragmento de ADN eliminado con otra pieza de reemplazo (suministrada por científicos). Esencialmente, el sistema CRISPR / Cas9 puede usarse como un genético "buscar y reemplazar".
La facilidad de uso del sistema CRISPR significa que podría usarse para casi cualquier técnica de edición de genes. Por ejemplo, los médicos podrían algún día editar las células inmunes humanas en el laboratorio para reconocer las células cancerosas, y luego inyectar esas células nuevamente en una persona como un tratamiento dirigido contra el cáncer, dijo Bondy-Denomy. Recientemente, los investigadores en China utilizaron CRISPR para editar embriones humanos con defectos genéticos graves, aunque no permitieron que los embriones maduraran.
Efectos fuera del objetivo
Sin embargo, el sistema de edición de genes tiene un problema: todavía a veces corta las secuencias de ADN incorrectas. Cas9 también se queda demasiado tiempo; Bondy-Denomy le dijo a Live Science que la célula degrada la mitad del Cas9 para degradarlo, lo que le da suficiente tiempo para realizar cortes de ADN fuera del objetivo.
Por lo tanto, si Cas9 tiene un interruptor "apagado", haría más segura la posibilidad de la ingeniería genética humana, dijo Bondy-Denomy.
Él y sus colegas razonaron que los virus deben tener alguna forma de desactivar CRISPR / Cas9. Para replicarse, los virus a menudo insertan su propio ADN en el genoma de la bacteria, cooptando la maquinaria genética de la célula para hacer muchas copias de ADN viral. Por esa lógica, entonces, los virus deben tener una forma de desactivar CRISPR / Cas9, o de lo contrario el sistema inmunitario de la bacteria identificaría el ADN viral objetivo en su propio genoma, lo cortaría y se autodestruiría, Bondy-Denomy y su colegas dijeron.
"Cas9 debería producir un ARN que luego escindirá el virus que está en su propio genoma; no es lo suficientemente inteligente como para saber que está en su propio genoma", dijo Bondy-Denomy a Live Science. El equipo razonó que si la célula bacteriana está estable y no se autodestruye, "entonces quizás este virus está haciendo una proteína inhibidora".
Luego, el equipo observó 300 cepas de Listeria bacterias, que causan enfermedades transmitidas por los alimentos, por signos de que el ADN viral se había infiltrado en el genoma bacteriano. Sin embargo, las bacterias no se autodestruían. A partir de ahí, buscaron proteínas que inactivaron ListeriaLa versión de Cas9, que es muy similar a la utilizada en la mayoría de los laboratorios de todo el mundo, se llama SpyCas9.
El equipo encontró cuatro proteínas anti-CRISPR, dos de las cuales trabajaron contra el SpyCas9 de uso común, informaron los investigadores hoy (29 de diciembre) en la revista Cell. En una placa de Petri, estas dos proteínas anti-CRISPR también trabajaron en células humanas para desactivar el sistema CRISPR / Cas9.
Ingeniería más segura
El equipo aún tiene que demostrar que el uso de las proteínas anti-Cas9 reduce el potencial de corte fuera del objetivo de Cas9, y no saben cuánto tiempo permanece la proteína en las células. Sin embargo, si pueden mostrar que la proteína funciona in vivo, el nuevo descubrimiento podría hacer que la edición de genes sea más segura al eliminar Cas9 rápidamente.
"No confía en su degradación pasiva; en realidad se asegura de que se apague", dijo Bondy-Denomy.
La técnica también podría usarse para otras aplicaciones. Por ejemplo, las personas han discutido el uso de Cas9 para introducir un gen mutante en toda una población de mosquitos para erradicarlos o prevenir la propagación de ciertas enfermedades.
"Esto es esencialmente desencadenar el bioterror en un organismo", lo que podría tener consecuencias buenas, malas o completamente impredecibles, dijo Bondy-Denomy. Entonces, estas proteínas anti-CRISPR podrían ser un práctico interruptor de apagado o mecanismo de control para usar en caso de que sea necesario controlar la ingeniería de toda la especie, dijo Bondy-Denomy.
