Avance de CRISPR/Cas
Unas "tijeras genéticas" mejoradas permiten la inserción estable de genes de gran tamaño
Importantes avances en el frente CRISPR. Científicos del Instituto Leibniz de Bioquímica Vegetal (IPB) han logrado por primera vez insertar de forma estable y precisa grandes segmentos de genes en el ADN de plantas superiores de forma muy eficiente. Para ello, optimizaron el método de edición genética CRISPR/Cas, comúnmente conocido como "tijeras genéticas". El método CRISPR mejorado ofrece grandes oportunidades para la modificación selectiva de genes en plantas superiores, tanto para el cultivo como para la investigación. El estudio dirigido por el Prof. Alain Tissier y el Dr. Tom Schreiber se publicó en la revista Molecular Plant.
CRISPR/Cas es un método con un enorme potencial para la modificación selectiva de genes individuales. Sin embargo, no se aplica a todos los tipos de modificaciones genéticas que criadores y científicos tienen en su lista de deseos. Mientras que las tijeras genéticas son ideales para eliminar genes, es decir, apagar o eliminar genes existentes, no funcionan bien para insertar genes con precisión o sustituir segmentos de genes. Hasta la fecha, las tijeras genéticas han sido demasiado ineficaces y, por tanto, poco útiles para la inserción selectiva de genes en el ADN de plantas superiores.
"La razón de ello es la maquinaria de reparación interna de la planta para las roturas del ADN", afirma el Dr. Tom Schreiber. Estas enzimas de reparación están presentes inmediatamente en cuanto se produce un daño en el ADN. También reconocen los cortes suaves realizados por las tijeras genéticas y vuelven a unir instantáneamente las dos hebras de ADN cortadas de la doble hélice. Este pegado del ADN cortado se produce muy rápidamente y no con mucha precisión; hay pequeñas pérdidas de información en las que se pierden o se añaden diminutas secciones de ADN. "Estas imprecisiones no son un problema en los proyectos de knock-out e incluso son deseables", dice Tom Schreiber, "porque quiero desactivar el gen de todos modos. Pero si quiero insertar un gen, hay que hacerlo con mucha precisión. La información genética debe insertarse exactamente, no puede faltar ni un solo componente y no puede integrarse ni un solo componente adicional, de lo contrario el gen pierde su función y todo el experimento ha sido en vano."
Por esta razón, la inserción precisa y sin cicatrices de genes o segmentos de ADN de mayor tamaño mediada por CRISPR/Cas sólo ha tenido éxito hasta la fecha en contados casos individuales. Para aumentar la tasa de éxito de la inserción de genes, los científicos de Halle equiparon las tijeras genéticas con una enzima adicional, la llamada exonucleasa. Las exonucleasas pueden alterar los puntos de corte del ADN creados por las tijeras genéticas de tal forma que las enzimas reparadoras internas de la célula ya no puedan reconocer y reparar el daño en el ADN. De este modo, el segmento de ADN insertado por CRISPR/Cas tendría tiempo suficiente para integrarse en la posición correcta a través de otro mecanismo de reparación celular muy preciso.
En el experimento, los científicos de Halle probaron varias exonucleasas de origen vírico, bacteriano, vegetal y humano para determinar su capacidad de aumentar el número de inserciones precisas de genes. Introdujeron las tijeras genéticas con las exonucleasas correspondientes y un segmento del gen X en las células de las hojas de la planta de tabaco Nicotiana benthamiana. Estas células de tabaco habían sido dotadas previamente de un gen para un marcador verde fluorescente. También contenían un gen X destruido, necesario para la formación del colorante verde fluorescente. Sin embargo, el marcador fluorescente no puede generarse mientras falte una gran parte de la información genética del gen X.
El marcador verde sólo puede producirse cuando la sección del gen X que falta se reinserta con precisión utilizando CRISPR/Cas, reparando así el gen X. Cada célula con inserción génica exitosa tendrá entonces fluorescencia verde y los investigadores pueden simplemente contar la tasa de eventos de inserción génica exitosos. Dos de las exonucleasas probadas, entre ellas una de la familia de los herpesvirus, resultaron especialmente eficaces. Con ellas, el equipo de Halle logró 38 veces más inserciones perfectas que con CRISPR/Cas.
A continuación, este método experimental se probó con otros genes que debían incorporarse y en otras plantas, concretamente el berro thale (Arabidopsis thaliana) y el trigo. Dado que la inserción del gen en las plantas de tabaco sólo tuvo lugar localmente en las hojas, el gen integrado se perdió en la siguiente generación hija y, por tanto, sólo estuvo presente en el genoma durante un tiempo limitado. Por eso, en Arabidopsis y trigo, los expertos en CRISPR de Halle intentaron incorporar el gen en células de la línea germinal para garantizar una herencia estable a las futuras generaciones de plantas. Con la ayuda de las exonucleasas probadas, el knock-in estable, es decir, heredable, de genes resultó exitoso en Arabidopsis con una frecuencia diez veces mayor y en trigo en más del uno por ciento de las plantas hijas. "El uno por ciento no parece mucho a primera vista", explica Tom Schreiber, "pero si un fitomejorador quiere introducir un determinado rasgo en su planta, sólo tendría que examinar entre 50 y 100 plantas hijas de primera generación utilizando nuestro método CRISPR/Cas optimizado para encontrar una planta con el rasgo deseado. Esto ahorraría una cantidad de tiempo considerable en comparación con los métodos de mejora convencionales, en los que habría que analizar entre 500 y 1000 plantas para este fin."
Conclusiones: El método CRISPR/Cas optimizado es una herramienta prometedora para la inserción selectiva de genes en plantas superiores y posiblemente también en otros organismos. En el futuro, los fitomejoradores podrían utilizar este método, por ejemplo, para reintroducir genes de resistencia perdidos contra patógenos procedentes de especies silvestres o de antiguas variedades cultivadas en variedades de élite modernas y de alto rendimiento. De este modo, rasgos tan deseables como éstos podrían mejorar el fitomejoramiento y contribuir al desarrollo de variedades de cultivo más robustas. Para la ciencia, este enfoque ofrece grandes oportunidades para sustituir con elegancia determinados genes vegetales por copias modificadas de sí mismos en un solo paso. Esto resulta especialmente útil para dilucidar la función de los genes.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
Publicación original
Más noticias del departamento ciencias
Reciba la industria de las ciencias biológicas en su bandeja de entrada
No se pierda nada a partir de ahora: Nuestro boletín electrónico de biotecnología, productos farmacéuticos y ciencias de la vida le pone al día todos los martes y jueves. Las últimas noticias del sector, los productos más destacados y las innovaciones, de forma compacta y fácil de entender en su bandeja de entrada. Investigado por nosotros para que usted no tenga que hacerlo.
