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Investigadores descifran la ingeniería genética en un espacio tridimensional


Ingeniería genética es un campo que, en teoría, ha existido durante muchas décadas, sin embargo, en muchos sentidos, la mayoría de los científicos todavía lo considera una nueva frontera. Esto se debe a que los dilemas éticos que plantea y las fallas de alta visibilidad de las primeras pruebas en humanos han llevado durante muchos años una investigación genética seria a los cuartos traseros de las instituciones académicas y la imaginación de los escritores de ciencia ficción.

Afortunadamente, todo eso está comenzando a cambiar debido a una nueva técnica de edición genética de la que quizás haya oído hablar ... CRISPR.

CRISPR (o "la técnica CRISPR / Cas9") está cambiando el juego. Es una de las historias científicas más importantes de la última década y probablemente también será la historia científica más importante de la próxima década. Permite a los científicos editar el genoma de los organismos VIVOS de forma rápida, económica y con una increíble tasa de precisión.

Esto podría significar curar enfermedades, acabar con el hambre en el mundoo incluso dar el siguiente paso en evolución humana. Las posibilidades son infinitas. Pero no se emocione demasiado todavía, porque CRISPR es todavía una tecnología relativamente nueva y todavía hay mucha investigación y refinamiento por hacer antes en vivo pueden comenzar las pruebas en humanos.

Sin embargo, recientemente, se desarrolló una nueva variante de la técnica CRISPR llamada CRIPR-GO (el “GO” significa “Organización del genoma”) que comienza a abordar algunos de los problemas de su progenitor y puede ser la clave para desbloquear un nivel del código genético que ha eludido a los científicos durante años.

¡Entremos en la CIENCIA!

Hablemos de CRISPR vs CRISPR-GO… en general.

En su nivel más básico, el sistema CRISPR / Cas9 aprovecha una especie de “sistema inmunológico” genético con el que están equipadas muchas bacterias. Cuando está aislado, puede alimentarlo con muestras de secuencias de ADN o ARN a las que desea que se dirija, luego, cuando ingrese en una célula, la molécula CRISPR buscará y eliminará selectivamente solo las secuencias que coincidan con la que la alimentó.

Esto funciona muy bien para eliminar genes no deseados, pero también puede usar este sistema junto con enzimas reparadoras para INSERTAR una versión funcional de ese gen, o incluso algo completamente nuevo. Principalmente, la razón por la que CRISPR fue y es tan revolucionario es porque hace que la edición de genes sea increíblemente barata y fácil.

Lo que a un equipo o investigadores le habría costado miles de dólares y meses lograrlo ahora se puede hacer en una tarde durante aproximadamente $75. Pero todavía hay problemas importantes que ver con la seguridad de la técnica. Aunque es muy preciso, no es perfecto, y los cortes o inserciones en el lugar incorrecto del genoma de una persona aumentan enormemente la probabilidad de que una persona desarrolle cáncer.

Además, existe la cuestión ética de si los cambios permanentes en el genoma de una persona que afectan las células germinales (también conocidas como las células que portarían la información genética de sus hijos) deberían ser legales.

CRISPR-GO da un primer paso para abordar algunos de estos problemas.

Desarrollado por investigadores de la Universidad de Stanford, lo que hace único a CRISPR-GO es que utiliza una proteína CRISPR modificada para reorganizar el genoma en tres dimensiones. Si CRISPR es como tijeras moleculares, entonces CRISPR-GO es como pinzas moleculares, agarrando partes específicas del genoma y colocándolas en nuevas ubicaciones del núcleo. Pero es más que una simple reubicación física: el desplazamiento de elementos genéticos puede cambiar su funcionamiento.

En otras palabras, este tipo de técnica podría usarse para optimizar en lugar de reparar los genes de una persona. Regulando hacia arriba o hacia abajo los genes que se comportan mal, alentando a los telómeros (las tapas moleculares de los cromosomas) a crecer más en lugar de degradarse con la edad, o incluso protegiéndose contra el cáncer al promover genes supresores de tumores.

Incluso hay algunas investigaciones que sugieren que estos cambios se pueden alternar como heredables o no heredables en función de dónde se encuentran dentro del núcleo celular, lo que podría ayudar a resolver los dilemas éticos que ya discutimos.

"Pero espera", podrías decir. “¿Por qué diablos la ubicación de un gen afectaría su función? Sigue siendo el mismo código y eso es lo que importa, ¿verdad? " Incorrecto. Bueno ... mayormente correcto, pero cuando se trata de biología celular, nada es tan simple como nos gustaría. Entonces, para responder a esta pregunta, ¡hagamos una pequeña digresión sobre la idea de EPIGENÉTICA!

Epigen - ¿QUÉ - tics?

La dura verdad es que la profesora de biología de segundo año que amabas en realidad te mintió cuando dijo que el código genético determinaba quién era una persona. Resulta que hay un nivel completamente separado de la expresión genética que no tiene nada que ver con el "código" físico. La epigenética es el estudio de los cambios hereditarios en la expresión génica (genes activos versus inactivos) que no implican cambios en la secuencia de ADN subyacente.

Lo que es especialmente interesante es que estos cambios ocurren a lo largo de su vida y, sin embargo, pueden transmitirse a sus hijos, algo que la genética mendeliana pensó que era imposible durante cientos de años.

Pero piense en los gemelos idénticos que haya conocido. Comparten exactamente el mismo código genético, pero si miras lo suficientemente de cerca, siempre hay diferencias sutiles que eventualmente te permiten diferenciarlas. Casi siempre se deben a cambios epigenéticos.

Este tipo de cambio es un hecho regular y natural que, en su nivel más básico, usa cambios químicos en la molécula de ADN para alterar su forma física en un lugar en particular, dejando un gen inaccesible para las enzimas que lo leerían y replicarían, o viceversa. versa les facilita alcanzarlo.

Aprovechando este campo de estudio, esta nueva investigación agrega la idea de que la ubicación física del gen dentro de un núcleo celular también puede afectar este tipo de métrica de expresión secundaria. Esto era algo que los científicos habían sospechado durante mucho tiempo, pero no tenían forma de probarlo hasta ahora.

Es mejor pensar en un núcleo celular como una casa con varias "habitaciones" diferentes, y como una casa normal, cada habitación tiene un propósito ligeramente diferente. Algunas habitaciones son para almacenamiento y los genes que contienen no se tocan con frecuencia, mientras que otras áreas ven más tráfico y, por lo tanto, más reacciones.

Sin embargo, lo que hace que este enfoque sea realmente especial es que el cambio en la ubicación genética es químicamente inducible y completamente reversible. Entonces, si un paciente tuviera reacciones adversas al tratamiento, podría deshacerse rápidamente con pocos o ningún efecto secundario.

Un futuro brillante, pero posiblemente lejano

Debo admitir que este tipo de investigación es bastante de alto nivel y, a primera vista, puede parecer un poco aburrido, pero el potencial que tiene es asombroso. Por ejemplo, la degradación de los telómeros se considera la causa singular más importante del envejecimiento, pero los científicos demostraron que al acercar los telómeros a algo llamado "Cuerpo de Cajal", en realidad volvieron a crecer, lo que aumenta la viabilidad celular y detiene el proceso de envejecimiento. Este podría ser un gran avance en la longevidad humana.

CRISPR-GO también se puede utilizar para crear estructuras llamadas "cuerpos de leucemia promielocítica" (PLC), que son grandes cantidades de proteínas que se sabe que suprimen los genes pro-tumorales. Desafortunadamente, la mayoría de estos genes pro-tumorales son necesarios para la vida cuando funcionan normalmente, y solo a través de la mutación se convierten en un problema.

Pero al colocar los genes que causan cáncer cerca de estos PLC, se podría reducir significativamente la velocidad a la que los cánceres podrían desarrollarse sin afectar simultáneamente su función celular normal. Sí, eso significa lo que crees que significa ... una vacuna contra el cáncer.

Por supuesto, debemos terminar con una advertencia, no sea que usted, querido lector, se emocione demasiado. Si bien la evidencia mostrada por CRISPR-GO es emocionante, la investigación aún se encuentra en una etapa piloto y hay más trabajo por hacer antes de que estos hallazgos puedan confirmarse por completo.

Además, si bien aquí hay mucho potencial y la investigación ha respondido un par de preguntas muy importantes, también ha abierto unas 20 más. En un futuro próximo, será muy importante descifrar por qué estos efectos basados ​​en la ubicación tienen lugar en compartimentos nucleares específicos y cuál es la causa subyacente.

Hasta entonces, tendremos que seguir soñando y esperar que nadie saque accidentalmente un Bruce Banner y "Hulks " ellos mismos ... Eso podría retrasar la investigación genética otro ¡década!

La nueva investigación fue publicada en la revista, Celda.


Ver el vídeo: Los misterios del genoma humano (Julio 2021).