Un mando a distancia para la transferencia de genes
Los investigadores desarrollan una tecnología para introducir genes en células individuales de forma selectiva
La capacidad de insertar genes deseables en células animales o humanas es la base de la investigación moderna en ciencias de la vida y de amplias aplicaciones biomédicas. Los métodos utilizados hasta la fecha para este fin son, en su mayoría, inespecíficos, lo que dificulta a los científicos controlar qué célula adoptará o no un gen. Para esta transferencia de genes, los genes objetivo se suelen empaquetar en "vectores virales". Se trata de virus en los que parte del material genético ha sido sustituido por los genes objetivo. Cuando los investigadores añaden estos vectores virales a las células, los vectores introducen los genes en las células. Este es el principio en el que se basan algunas de las actuales vacunas contra el SARS-CoV-2, como las de AstraZeneca o Johnson&Johnson. Sin embargo, es difícil -incluso imposible- controlar en qué células entran los genes objetivo, ya que los vectores virales tienden a acoplarse de forma inespecífica en todas las células de un determinado tipo celular. Un equipo de investigadores del Grupo de Excelencia CIBSS - Centro de Estudios de Señalización Biológica Integrativa de la Universidad de Friburgo, dirigido por el Dr. Maximilian Hörner, el Prof. Dr. Wolfgang Schamel y el Prof. Dr. Wilfried Weber, ha desarrollado una nueva tecnología que les permite introducir genes diana de forma controlada y, por tanto, controlar procesos en células individuales seleccionadas.
Imagen simbólica
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Alteración de un vector viral
En su nuevo método, los investigadores de Friburgo introducen la información genética con un control remoto óptico. Como resultado, sólo las células iluminadas con luz roja adoptan los genes deseados. Para ello, los científicos modificaron un tipo de vector viral conocido como vector AAV, que ya se utiliza en clínica. "Le quitamos al vector viral la capacidad de acoplarse a las células", explica Hörner, "que es un paso esencial antes de poder introducir el material genético".
Para hacer posible este control por la luz, los investigadores han tomado un sistema fotorreceptor de luz roja de la planta Arabidopsis thaliana (berro de indias). Este sistema consta de dos proteínas, PhyB y PIF, que se unen entre sí en cuanto PhyB se ilumina con luz roja. El equipo de Friburgo colocó la proteína PIF en la superficie del vector viral y modificó la otra proteína PhyB para que pudiera unirse a las células humanas. Una vez que este vector modificado, llamado OptoAAV, se encuentra en un cultivo celular junto con la proteína de unión a las células, ésta se une a todas ellas. "Si una célula seleccionada se ilumina ahora con luz roja, el vector modificado puede unirse a esta célula e introducir los genes objetivo en la célula iluminada", explica Hörner.
Un aspecto clave de la investigación de señales biológicas
Este nuevo enfoque permite a los investigadores introducir los genes objetivo en las células deseadas dentro de un cultivo de tejidos. Los científicos también lograron iluminar el cultivo de tejidos sucesivamente en diferentes lugares, lo que permite la introducción selectiva de diferentes genes en diferentes células dentro de un cultivo. Con esta técnica, ahora es posible controlar los procesos deseados en células individuales. Esto es esencial para entender cómo una sola célula se comunica con las células de su entorno, por ejemplo, para controlar el desarrollo o la regeneración de un órgano. "A medida que estos vectores virales se van utilizando más en el campo terapéutico", dice Weber, "creemos que esta nueva tecnología tiene el potencial de hacer más precisas estas aplicaciones biomédicas".
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Publicación original
Hörner, M., Jerez-Longres, C., Hudek, A., Hook, S., Yousefi, O. S., Schamel, W. W. A., Hörner, C., Zurbriggen, M. D., Ye, H., Wagner, H. J., Weber, W.; "Spatiotemporally confined red light-controlled gene delivery at single-cell resolution using adeno-associated viral vectors"; Science Advances; 2021, Vol. 7, No. 25.
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