Cuando se editan bacterias con CRISPR, menos es más
Un equipo de investigadores desarrolla un método que aumenta la eficacia de la edición genómica
La atenuación sistemática de la actividad de orientación del ADN puede lograr la edición impulsada por CRISPR en bacterias, aumentando en gran medida el número de colonias e incluso la frecuencia de la edición precisa del genoma. Así lo demuestra un estudio del Instituto Helmholtz de Würzburg (HIRI) en colaboración con el Centro Helmholtz de Investigación de Infecciones (HZI) de Braunschweig. Los resultados se publican en la revista Nature Communications.
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La capacidad de manipular genéticamente las bacterias ha sido clave para explorar el mundo microbiano. La edición del genoma es crucial para el desarrollo de nuevos antibióticos y el aprovechamiento de las bacterias como fábricas en miniatura para la producción sostenible de productos químicos, materiales y terapéuticos. Las herramientas basadas en las "tijeras genéticas" CRISPR han demostrado ser fundamentales en este sentido, ya que permiten crear ediciones en distintas bacterias de forma rápida, sencilla y fiable.
La tecnología general requiere un ácido ribonucleico CRISPR (ARNcr) que sirva de "ARN guía". Ayuda a detectar ciertas regiones del genoma para la división selectiva del ADN. Las proteínas que intervienen en la recombinación homóloga -un proceso natural de intercambio de material genético entre cromosomas- entretejen después el ADN "plantilla de reparación" diseñado para crear una secuencia editada de la cadena.
Romper el escollo
En el estudio actual, publicado en la revista Nature Communications, investigadores del Instituto Helmholtz de Investigación de Infecciones Basadas en el ARN (HIRI) de Würzburg, en colaboración con el Centro Helmholtz de Investigación de Infecciones (HZI) de Braunschweig, abordan un reto central para la edición del genoma en bacterias.
"La edición del genoma basada en CRISPR se ha convertido en una tecnología molecular común, pero existe un escollo notable", afirma el jefe del departamento HIRI, Chase Beisel, que dirigió el estudio. "Durante el crecimiento exponencial, las bacterias inician la replicación del genoma varias veces en un ciclo celular para seguir el ritmo de la división celular. Al cortar eficazmente el ADN, CRISPR provoca la muerte prematura de la célula. En consecuencia, la edición requiere una recombinación eficiente y una alta eficiencia de transformación, que no están disponibles en la mayoría de las cepas bacterianas, incluidas las relevantes para las enfermedades humanas y la biotecnología industrial", explica Beisel.
Un concepto aparentemente paradójico
Daphne Collias, investigadora postdoctoral del laboratorio de Beisel en el Instituto Helmholtz de Würzburg, es la primera autora del estudio. Describiendo los antecedentes de sus hallazgos, afirma: "Descubrimos que atenuar la actividad de corte de CRISPR permitiría a la célula reparar el ADN cortado utilizando la plantilla proporcionada para la recombinación homóloga. Como resultado, podíamos impulsar la recombinación homóloga y obtener muchas más células supervivientes".
Los investigadores también desarrollaron un conjunto de enfoques que podrían frenar la actividad, entre ellos el uso de diferentes formatos para el ARN guía que dirige el corte por la proteína Cas9, el uso de versiones de Cas9 que cortan con menos eficacia, la reducción de la expresión del ARN guía, la introducción de estructuras de interferencia en el ARN guía y la mutación de la secuencia en el ARN guía utilizada para encontrar su objetivo de ADN.
"Llamamos a los ARN guía modificados 'ARN guía atenuados' o atgARN, que representan un medio flexible de lograr la edición impulsada por CRISPR", informa Collias. "No todos los enfoques podían impulsar la edición, aunque normalmente podíamos encontrar al menos uno para cada configuración de edición".
Impacto futuro
Como prueba de principio, el laboratorio de Beisel se asoció con el jefe del departamento HZI, Till Strowig, y su laboratorio para mejorar la edición en diferentes cepas de la bacteria Klebsiella. Utilizando una cepa multirresistente, lograron revertir la resistencia al antibiótico ampicilina.
El nuevo método de edición puede hacer avanzar la investigación básica sobre bacterias relacionadas con la salud humana. Las bacterias editadas también podrían utilizarse como probióticos terapéuticos o como huéspedes para la producción de fármacos en el futuro.
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.
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