Publicado 20/08/2021 07:09CET

Nueva tecnología basada en CRISPR acelera la identificación de genes implicados en la salud y la enfermedad

La tecnología MIC-Drop acelera la identificación de genes.
La tecnología MIC-Drop acelera la identificación de genes. - JAMES HERRON, SABA PARVEZ

MADRID, 20 Ago. (EUROPA PRESS) -

Una nueva tecnología llamada 'MIC-Drop' permite a los investigadores implementar de manera eficiente el sistema de edición de genes CRISPR para evaluar rápidamente las funciones de cientos de genes en un solo experimento, lo que acelera la identificación de genes implicados en la salud y la enfermedad, según publican en la revista 'Science'.

El avance marca la primera vez que las pantallas que utilizan el potente sistema CRISPR, ganador del premio Nobel, han sido posibles en cualquier modelo animal. Usando la nueva tecnología, los investigadores seleccionaron 188 genes mal caracterizados y encontraron que varios son esenciales para el desarrollo y la función saludables del corazón.

Los peces cebra --criaturas pequeñas y de rápido crecimiento que comparten muchos de los mismos genes que los humanos-- son fundamentales para muchos biólogos, que los consideran especialmente adecuados para estudiar una amplia gama de cuestiones, desde cómo se desarrollan los organismos hasta cómo el sistema nervioso impulsa el comportamiento. Ahora, con esta nueva tecnología desarrollada por los científicos de la Universidad de Utah Health los peces serán aún más potentes para los estudios genéticos a gran escala.

MIC-Drop, cuyo desarrollo ha sido dirigido por el biólogo químico Randall Peterson, doctor y decano de la Facultad de Farmacia de la U of U Health, permite a los investigadores desplegar eficazmente el sistema de edición genética CRISPR en el pez cebra para evaluar rápidamente las funciones de cientos de genes en un solo experimento.

El sistema CRISPR es un método programable para modificar el ADN. Para utilizarlo, los investigadores introducen en las células una enzima que corta el ADN (normalmente una enzima llamada Cas9), acompañada de un ARN guía que indica a la enzima dónde debe cortar. Este puede ser el primer paso para modificar la secuencia del gen, o simplemente apagarlo.

El método ha hecho que la edición de genes en el pez cebra y otros organismos de laboratorio sea más rápida, más barata y más precisa, pero, según Peterson, ha sido difícil ampliarlo para estudiar más que unos pocos genes a la vez.

Para inactivar un solo gen en un embrión de pez cebra, los investigadores preparan un ARN guía dirigido a ese gen, lo mezclan con la enzima Cas9, cargan la solución en una aguja e inyectan un volumen cuidadosamente calibrado de la solución en el embrión. Si quieren inactivar un gen diferente en otro embrión, deben cargar una nueva aguja con una nueva solución de Cas9/ARN guía.

"El proceso siempre se ha centrado en un solo gen o una sola modificación a la vez --explica Peterson--. Así que si quieres hacer 100 genes, es 100 veces más trabajo".

'MIC-Drop', siglas de Multiplexed Intermixed CRISPR Droplets, resuelve ese problema empaquetando los componentes del sistema CRISPR en gotas microscópicas recubiertas de aceite, que pueden mezclarse entre sí sin mezclar su contenido.

Para establecer un cribado de muchos genes con 'MIC-Drop', los investigadores empiezan por crear una biblioteca de ARN guía. Cada ARN guía se empaqueta en su propia gota, junto con la enzima Cas9. Para hacer un seguimiento de los genes objetivo, cada gota incluye también un código de barras de ADN que identifica su contenido.

El equipo perfeccionó la química de las gotas para garantizar que se mantuvieran estables y discretas, de modo que las gotas diseñadas para dirigirse a diferentes genes pudieran mezclarse y cargarse en la misma aguja. Bajo el microscopio, el usuario de 'MIC-Drop' inyecta una sola gota en un embrión de pez cebra, luego pasa al siguiente embrión e inyecta la siguiente gota.

El proceso puede repetirse cientos de veces, suministrando un único paquete de componentes CRISPR a cada embrión, de modo que en cada embrión el sistema inactiva un único gen. A continuación, los investigadores tienen que vigilar a los animales para detectar posibles efectos.

Anteriormente, preparar un cribado CRISPR de cientos de genes en el pez cebra habría llevado a un equipo de investigadores muchos días y habría requerido cientos de agujas, dice la investigadora postdoctoral Saba Parvez, que desarrolló y optimizó la técnica de empaquetado y el sistema de código de barras de MIC-Drop. "Ahora se ha racionalizado ese proceso para que un solo usuario lo haga en un par de horas", afirma.

Para demostrar el potencial de 'MIC-Drop', Parvez y sus colegas trabajaron con el doctor H. Joseph Yost, colega de la Universidad de Utah Health; el doctor Calum MacRae, de la Facultad de Medicina de Harvard, y la doctora Jing-Ruey Joanna Yeh, del Hospital General de Massachusetts, para probar 188 genes diferentes del pez cebra y determinar su posible función en el desarrollo del corazón.

Tras crear ARN guía dirigidos a esos genes e introducir el sistema CRISPR en cientos de embriones de peces, identificaron varios animales que desarrollaron defectos cardíacos al madurar. Utilizando los códigos de barras de ADN de esos peces, el equipo pudo rastrear los defectos hasta 13 genes diferentes inactivados. Debido a las similitudes entre los genes del pez cebra y los del ser humano, el hallazgo podría apuntar a aspectos hasta ahora desconocidos del desarrollo del corazón en los seres humanos.

Peterson y Parvez están deseosos de que 'MIC-Drop' se aplique en otros laboratorios y afirman que el cribado de 188 genes es sólo el principio. "En última instancia, a la gente le gustaría ser capaz de hacer un cribado a escala del genoma --dice Peterson--. Creo que esa escala se hace realmente imaginable con esta tecnología".