Los científicos continúan expandiendo las fronteras tecnológicas de CRISPR, junto con su enorme potencial, en áreas que van desde la salud humana hasta el suministro mundial de alimentos. Tal es el caso de los impulsores genéticos basados ​​en CRISPR, una herramienta de edición genética diseñada para influir en cómo se transmiten los elementos genéticos de una generación a la siguiente.

Los impulsores genéticos diseñados para mosquitos tienen el potencial de frenar la propagación de infecciones de malaria que causan cientos de miles de muertes cada año, sin embargo, se han planteado problemas de seguridad ya que dichos impulsores pueden propagarse rápidamente y dominar poblaciones enteras. Los científicos han explorado los principios que rigen la propagación de elementos impulsores genéticos en poblaciones objetivo, como los mosquitos, probando muchas combinaciones diferentes de componentes que constituyen el aparato impulsor. Sin embargo, han descubierto que aún hay más por explorar y quedan preguntas clave.

En la revista Nature Communications, investigadores de la Universidad de California en San Diego dirigidos por el ex becario postdoctoral Gerard Terradas junto con el becario postdoctoral Zhiqian Li y el profesor Ethan Bier, en estrecha colaboración con el estudiante graduado de UC Berkeley Jared Bennett y el profesor asociado John Marshall, describen el desarrollo de un nuevo sistema para probar y desarrollar impulsores genéticos en el laboratorio y convertirlos de manera segura en herramientas para aplicaciones potenciales en el mundo real.

« Estos estudios potencian la nueva ingeniería de los sistemas de impulsores genéticos al tiempo que brindan información importante sobre cómo evaluar y analizar las interacciones clave entre sus partes móviles más importantes », dijo Bier, miembro de la facultad de la Facultad de Ciencias Biológicas, Departamento de Células y Desarrollo. Biología.

Los impulsores genéticos basados ​​en CRISPR cuentan con una proteína llamada endonucleasa Cas9 y una molécula de ARN guía que se unen para dirigir los cortes de ADN a sitios específicos del genoma donde se pueden insertar nuevos elementos genéticos. A medida que el ADN repara estos cortes, los nuevos elementos genéticos se copian de un cromosoma a otro, lo que da como resultado una descendencia que supera el 50-50 por ciento estándar de herencia, favoreciendo en cambio los elementos genéticos recién insertados.

Los impulsores genéticos vienen en dos « sabores ». Los impulsores genéticos completos (fGD, por sus siglas en inglés) llevan los componentes Cas9 y ARN guía en un paquete unitario vinculado. Por el contrario, las unidades divididas (sGD) consisten en dos elementos genéticos que transportan por separado los componentes Cas9 y guían los componentes del ARN y se insertan en diferentes sitios del genoma. Los sGD se consideran más seguros que los fGD, ya que es posible controlar y probar los componentes que lleva cada uno de los elementos por separado o en condiciones en las que amplifican gradualmente la frecuencia del componente gRNA. Los investigadores diseñan los dos elementos para que finalmente se vuelvan a conectar con el fin de generar los efectos de un impulso genético completo.

En el caso de la erradicación de la malaria, los impulsores genéticos completos han generado un gran entusiasmo debido a su potencial como vehículos para transferir elementos que detienen la transmisión de los parásitos de la malaria que causan la infección. Pero los fGD también han generado preocupaciones debido a su potencial para propagarse rápidamente y potencialmente alterar la composición genética de poblaciones enteras de mosquitos. Experimentar con fGD requiere barreras y restricciones de alta seguridad para evitar el escape no intencionado de insectos que transportan tales unidades al entorno abierto.

Este no es el caso de los impulsores genéticos divididos. Debido a que los elementos clave están separados, los sGD conllevan mucho menos riesgo de propagación involuntaria y los investigadores tienen mucho más control para su manipulación segura. Los experimentos con sGD se pueden realizar en instalaciones de laboratorio tradicionales, lo que permite mucha más flexibilidad para probar su potencial.

Ahora, los científicos de UC San Diego que recientemente han sido pioneros en el desarrollo de impulsores genéticos y tecnologías relacionadas han creado un sistema de « piratería » genética flexible para convertir sGD en fGD. Trabajando en moscas de la fruta, los investigadores desarrollaron una nueva estrategia genética que emplea un ARN guía especialmente diseñado que lleva la parte Cas9 de la sGD. Esta herramienta de piratería corta el componente de copia del sGD y desencadena un intercambio genético, o « evento de recombinación », que inserta el Cas9 en el elemento que lleva el ARN guía, lo que da como resultado la creación de un fGD completamente funcional.

Una vez que los investigadores desarrollaron su nuevo sistema de pirateo de sGD a fGD, comenzaron a surgir algunos resultados sorprendentes. El fGD recién pirateado se propagó a través de poblaciones de moscas en experimentos con jaulas, como se esperaba. Sin embargo, la velocidad a la que se propagó fue inesperadamente más lenta de lo que habían predicho los modelos para un fGD tradicional.

« El estudio revela complejidades imprevistas en la forma en que los componentes del impulso genético funcionan juntos, lo que revela que uno no puede simplemente suponer cómo pueden interactuar los componentes separados cuando se unen », dijo Bennett.

La lista completa de autores del artículo de Nature Communications: Gerard Terradas, Jared Bennett, Zhiqian Li, John Marshall y Ethan Bier.