Encuentran miles de cortadores de ADN programables en algas, caracoles y otros organismos.

Científicos del McGovern Institute for Brain Research del MIT han descubierto miles de enzimas programables cortadores de ADN, denominadas "Fanzors", en diversas especies como algas, caracoles y amebas. Estas enzimas funcionan de manera similar al conocido sistema de edición genética CRISPR.

Edicion del ADN

Un conjunto diverso de especies, desde caracoles hasta algas y amebas, producen enzimas de corte de ADN programables llamadas Fanzors, y un nuevo estudio de científicos del McGovern Institute for Brain Research del MIT ha identificado miles de ellas. Los Fanzors son enzimas guiadas por ARN que pueden programarse para cortar ADN en sitios específicos, al igual que las enzimas bacterianas que alimentan el sistema de edición genética conocido como CRISPR. La recién reconocida diversidad de enzimas Fanzor naturales, informada el 27 de septiembre en la revista Science Advances, proporciona a los científicos un amplio conjunto de enzimas programables que podrían adaptarse como nuevas herramientas para la investigación o la medicina.

"La biología guiada por ARN es lo que te permite hacer herramientas programables que son realmente fáciles de usar. Así que cuanto más podamos encontrar, mejor", dice el fellow de McGovern, Omar Abudayyeh, quien lideró la investigación junto con el tambien fellow de McGovern, Jonathan Gootenberg.

CRISPR, un antiguo sistema de defensa bacteriana, ha dejado claro cuán útiles pueden ser las enzimas guiadas por ARN cuando se adaptan para su uso en el laboratorio. Las herramientas de edición del genoma basadas en CRISPR desarrolladas por el profesor del MIT e investigador de McGovern, Feng Zhang, Abudayyeh, Gootenberg y otros, han cambiado la forma en que los científicos modifican el ADN, acelerando la investigación y posibilitando el desarrollo de muchas terapias génicas experimentales.

Desde entonces, se han descubierto otras enzimas guiadas por ARN en el mundo bacteriano, muchas de ellas con características que las hacen valiosas en el laboratorio. El descubrimiento de los Fanzors, cuya capacidad para cortar ADN de manera guiada por ARN fue informada por el grupo de Zhang a principios de este año, abre una nueva frontera en la biología guiada por ARN. Los Fanzors fueron las primeras enzimas de este tipo encontradas en organismos eucariotas, un amplio grupo de formas de vida, incluidas plantas, animales y hongos, definidos por el núcleo delimitado por membrana que contiene el material genético de cada célula. (Las bacterias, que carecen de núcleos, pertenecen a un grupo conocido como procariotas).

"La gente ha estado buscando herramientas interesantes en sistemas procariotas durante mucho tiempo, y creo que eso ha sido increíblemente fructífero", dice Gootenberg. "Los sistemas eucariotas son realmente un tipo completamente nuevo de campo de juego en el que trabajar".

Una esperanza, dicen Abudayyeh y Gootenberg, es que las enzimas que evolucionaron naturalmente en organismos eucariotas podrían estar mejor adaptadas para funcionar de manera segura y eficiente en las células de otros organismos eucariotas, incluidos los humanos. El grupo de Zhang ha demostrado que las enzimas Fanzor pueden ser diseñadas para cortar secuencias de ADN específicas en células humanas de manera precisa. En el nuevo trabajo, Abudayyeh y Gootenberg descubrieron que algunos Fanzors pueden dirigirse a secuencias de ADN en células humanas incluso sin optimización. "El hecho de que funcionen bastante eficientemente en células de mamíferos fue realmente fantástico verlo", dice Gootenberg.

Antes del estudio actual, se habían encontrado cientos de Fanzors entre organismos eucariotas. A través de una búsqueda exhaustiva en bases de datos genéticas dirigida por el miembro del laboratorio Justin Lim, el equipo de Gootenberg y Abudayyeh ha expandido la diversidad conocida de estas enzimas en un orden de magnitud.

Entre los más de 3.600 Fanzors que el equipo encontró en eucariotas y en los virus que los infectan, los investigadores pudieron identificar cinco familias diferentes de las enzimas. Al comparar la composición precisa de estas enzimas, encontraron evidencia de una larga historia evolutiva.

Es probable que los Fanzors hayan evolucionado a partir de enzimas bacterianas de corte de ADN guiadas por ARN llamadas TnpBs. De hecho, fue la similitud genética de los Fanzors con estas enzimas bacterianas lo que atrajo la atención tanto del grupo de Zhang como del equipo de Gootenberg y Abudayyeh.

Las conexiones evolutivas que Gootenberg y Abudayyeh trazaron sugieren que estos predecesores bacterianos de los Fanzors probablemente ingresaron a las células eucariotas, iniciando su evolución, más de una vez. Algunos probablemente fueron transmitidos por virus, mientras que otros pueden haber sido introducidos por bacterias simbióticas. La investigación también sugiere que después de ser absorbidas por los eucariotas, las enzimas evolucionaron características adecuadas para su nuevo entorno, como una señal que les permite ingresar al núcleo de una célula, donde tienen acceso al ADN.

A través de experimentos genéticos y bioquímicos dirigidos por el estudiante de posgrado en ingeniería biológica Kaiyi Jiang, el equipo determinó que los Fanzors han evolucionado un sitio activo de corte de ADN que es distinto al de sus predecesores bacterianos. Esto parece permitir que la enzima corte su secuencia objetivo con más precisión; los ancestros de TnpB, cuando se dirigen a una secuencia de ADN en un tubo de ensayo, se activan y cortan otras secuencias en el tubo; los Fanzors carecen de esta actividad promiscua. Cuando usaron una guía de ARN para dirigir las enzimas a cortar sitios específicos en el genoma de células humanas, encontraron que ciertos Fanzors eran capaces de cortar estas secuencias objetivo con una eficiencia de alrededor del 10 al 20 por ciento.

Con más investigación, Abudayyeh y Gootenberg esperan que se puedan desarrollar una variedad de herramientas sofisticadas de edición del genoma a partir de Fanzors. "Es una nueva plataforma, y tienen muchas capacidades", dice Gootenberg.

"Abriendo todo el mundo eucariota a estos tipos de sistemas guiados por ARN nos va a dar mucho en qué trabajar", añade Abud.

Más información: Programmable RNA-guided DNA endonucleases are widespread in eukaryotes and their viruses.

Traducido y adaptado de: phys.org