Descubrir el mundo de las bacterias
Los investigadores introducen un novedoso método de transformación del ADN y mutación genética de bacterias: la base de nuevos antibióticos y terapias celulares
Las bacterias poseen rasgos únicos con un gran potencial para beneficiar a la sociedad. Sin embargo, los métodos actuales de ingeniería genética para aprovechar estas ventajas se limitan a una pequeña fracción de especies bacterianas. Un equipo dirigido por el Instituto Helmholtz para la Investigación de Infecciones Basadas en el ARN (HIRI) de Würzburg ha introducido ahora un novedoso enfoque que puede hacer que muchas más bacterias sean susceptibles de ingeniería genética. Su método, denominado IMPRINT, utiliza sistemas libres de células para potenciar la transformación del ADN en diversas cepas bacterianas. Los resultados se publican en la revista Molecular Cell.
Las bacterias pueblan prácticamente todos los hábitats de la Tierra, incluido nuestro propio cuerpo. El conocimiento y la ingeniería de las bacterias pueden conducir a nuevos métodos de diagnóstico, tratamiento y prevención de infecciones. Además, ofrece oportunidades para proteger los cultivos de enfermedades y crear fábricas celulares sostenibles para la producción de productos químicos, reduciendo el impacto ambiental, entre otras muchas ventajas para la sociedad. Para desbloquear estas ventajas, los científicos necesitan la capacidad de manipular el contenido genético de estas bacterias. Sin embargo, uno de los cuellos de botella de la ingeniería genética de bacterias ha sido durante mucho tiempo la transformación eficiente del ADN, el proceso de introducir ADN extraño en una célula. Esto ha limitado su aplicación a sólo un pequeño subconjunto de microbios.
Un obstáculo importante es la presencia de sistemas de modificación por restricción. Estos sistemas de protección marcan el genoma bacteriano con un patrón de metilación único y destruyen el ADN extraño entrante que carece de este patrón. Para superar esta barrera es necesario añadir el patrón de la bacteria al ADN, un proceso que es específico de cada cepa y en el que intervienen múltiples ADN metiltransferasas. Estas enzimas unen grupos metilo, pequeños grupos químicos que contienen un átomo de carbono unido a tres átomos de hidrógeno, a las bases del ADN. Los métodos actuales para replicar o eludir estos patrones de metilación del ADN requieren mucho trabajo y no son fácilmente escalables, por lo que se necesitan nuevos enfoques.
Para hacer frente a este reto, un equipo dirigido por el Instituto Helmholtz de Investigación sobre Infecciones Basadas en el ARN (HIRI), dependiente del Centro Helmholtz de Investigación sobre Infecciones (HZI) de Braunschweig, en colaboración con la Universidad Julius-Maximilians de Wurzburgo (JMU), ha introducido un nuevo método para recrear estos patrones y mejorar la transformación del ADN. Lo han denominado IMPRINT, siglas de Imitating Methylation Patterns Rapidly IN TXTL( imitación rápida depatrones de metilación en TXTL). Como parte de este método, los investigadores utilizan un sistema de transcripción-traducción sin células (TXTL) -una mezcla líquida que puede producir ácidos ribonucleicos (ARN) y proteínas a partir de ADN añadido- para expresar el conjunto específico de metiltransferasas de ADN de una bacteria. A continuación, las enzimas se utilizan para metilar el ADN antes de introducirlo en la bacteria diana.
Una aplicación totalmente nueva
"IMPRINT representa un uso totalmente nuevo de TXTL. Aunque el TXTL se emplea ampliamente para diversos fines, como la producción de proteínas difíciles de expresar o como herramientas de diagnóstico asequibles, hasta ahora no se había utilizado para superar las barreras a la transformación del ADN en bacterias", afirma Chase Beisel, jefe del departamento de Biología Sintética del ARN del HIRI y profesor de la Facultad de Medicina de la JMU. Beisel dirigió el estudio en colaboración con investigadores de la Universidad Estatal de Carolina del Norte (NC State), en Raleigh (EE.UU.). Sus resultados se publicaron en la revista Molecular Cell.
En comparación con los métodos existentes, IMPRINT ofrece rapidez y sencillez: "Los métodos actuales requieren purificar laboriosamente las metiltransferasas de ADN individuales o expresarlas en E. coli, lo que a menudo resulta citotóxico", afirma Justin M. Vento, primer autor del estudio que realizó el trabajo como estudiante de doctorado en el Departamento de Ingeniería Química y Biomolecular de NC State. "Estos métodos pueden llevar de días a semanas y sólo reconstituyen una fracción del patrón de metilación de la bacteria".
Los investigadores demostraron que IMPRINT podía expresar un conjunto diverso de metiltransferasas de ADN. Además, estas enzimas podían combinarse para recrear patrones de metilación complejos. Esto mejoró enormemente la transformación del ADN en bacterias como la patógena Salmonella y la probiótica Bifidobacteria, incluida una cepa difícil de transformar de esta última bacteria, menos estudiada.
La base de nuevos antibióticos y terapias celulares
Las aplicaciones potenciales en la medicina moderna y la investigación son amplias: IMPRINT puede mejorar la transformación del ADN en aislados clínicos de patógenos bacterianos y en bacterias que combaten las infecciones, como las bacterias comensales o las que producen compuestos antibacterianos. La modificación genética de estos microbios podría dar lugar a nuevas clases de antibióticos y terapias celulares.
El equipo de investigación pretende ampliar el uso de IMPRINT: "Queremos hacer que una amplia variedad de patógenos bacterianos sean genéticamente manejables para la investigación", afirma Beisel. Espera que IMPRINT sea ampliamente adoptado por la comunidad investigadora: "Hasta ahora, ciertas bacterias se han utilizado como modelos simplemente porque son más fáciles de manipular genéticamente. Tenemos la esperanza de que, utilizando IMPRINT, los investigadores puedan centrarse en las cepas bacterianas más importantes, como las que presentan una mayor virulencia o resistencia a los antibióticos", concluye Beisel.
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
Justin M. Vento, Deniz Durmusoglu, Tianyu Li, Constantinos Patinios, Sean Sullivan, Fani Ttofali, John van Schaik, Yanying Yu, Yanyan Wang, Lars Barquist, Nathan Crook, Chase L. Beisel; "A cell-free transcription-translation pipeline for recreating methylation patterns boosts DNA transformation in bacteria"; Molecular Cell
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