Nuevo enfoque para conocer el genoma humano

Desde la finalización del Proyecto Genoma Humano, que identificó casi 20.000 genes codificadores de proteínas, los científicos han estado tratando de descifrar las funciones de los genes. Un nuevo enfoque desarrollado en el Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT, en sus siglas en inglés), el Instituto Broad y el Instituto Whitehead, todos en Estados Unidos, debería acelerar el proceso al permitir a los investigadores estudiar el genoma completo de una sola vez.

13 de diciembre de 2013

Nuevo enfoque para conocer el genoma humano
MADRID, 13 (EUROPA PRESS)

Desde la finalización del Proyecto Genoma Humano, que identificó casi 20.000 genes codificadores de proteínas, los científicos han estado tratando de descifrar las funciones de los genes. Un nuevo enfoque desarrollado en el Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT, en sus siglas en inglés), el Instituto Broad y el Instituto Whitehead, todos en Estados Unidos, debería acelerar el proceso al permitir a los investigadores estudiar el genoma completo de una sola vez.

El nuevo sistema, conocido como CRISPR, abre la posibilidad borar permanente y selectivamente genes de ADN de una célula. En dos nuevos documentos, publicados en la edición digital de 'Science', los investigadores demuestran que podían estudiar todos los genes en el genoma mediante la supresión de un gen diferente en cada uno de una gran población de células y, a continuación, observar que las células proliferaron en diferentes condiciones.

"Con este trabajo, ahora es posible llevar a cabo cribados genéticos sistemáticos en las células de mamíferos. Esto ayudará en gran medida a comprender la función de los genes codificadores de proteínas, así como elementos genéticos no codificantes", dice David Sabatini, miembro del Instituto Whitehead, profesor de Biología del MIT y autor principal de uno de los documentos.

Con este enfoque, los científicos fueron capaces de identificar los genes que permiten a las células de melanoma proliferar, así como los genes que confieren resistencia a ciertos medicamentos de quimioterapia. Tales estudios podrían ayudar a los expertos a desarrollar tratamientos contra el cáncer al revelar los genes de los que las células cancerosas dependen para sobrevivir.

El principal autor del otro artículo, Feng Zhang, profesor adjunto en Ingeniería Biomédica, desarrolló el sistema CRISPR explotando una proteína bacteriana natural que reconoce y recorta ADN viral. Esta proteína, conocida como Cas9, es reclutada por cortas moléculas de ARN llamadas guías, que se unen al ADN a ser cortado. Este complejo de ADN editado ofrece un control muy preciso sobre qué genes se interrumpen simplemente cambiando la secuencia de la guía de ARN.

"Una de las cosas de las que nos hemos dado cuenta es que se pueden reprogramar fácilmente estas enzimas con una cadena de ácido nucleico- corto. Este trabajo se aprovecha de ello y demuestra que se puede escalar en un gran número y a través de todo el genoma", apunta Zhang, que también es miembro del Instituto McGovern del MIT para la Investigación del Cerebro y el Instituto Broad.

Para su nuevo papel, Zhang y sus colegas crearon una biblioteca de cerca de 65.000 cadenas de guías de ARN que se dirigen a casi todos los genes conocidos. Los científicos entregaron los genes a estas guías, junto con los genes para la maquinaria de CRISPR, a las células humanas y cada célula tomó una de los guías y se eliminó el gen blanco de esa guía. Si el gen perdido era necesario para la supervivencia, la célula murió.

"Esta es la primera obra que realmente introduce tantas mutaciones de una manera controlada, lo que realmente abre un montón de posibilidades para la genómica funcional", subraya Ophir Shalem, post-doctorado del Instituto Broad y uno de los autores principales del artículo de Zhang.

Este enfoque permitió identificar genes esenciales para la supervivencia de dos poblaciones de células: las células cancerosas y las células madre pluripotentes. Los investigadores también hallaron los genes necesarios para la supervivencia de las células del melanoma al tratamiento con el medicamento de quimioterapia vemurafenib.

En el otro papel, dirigido por Sabatini y Eric Lander, director del Instituto Broad del MIT y profesor de Biología, el equipo se centró en un conjunto más pequeño de alrededor de 7.000 genes, pero diseñó más secuencias guía de ARN para cada gen. Los investigadores esperaban que cada secuencia bloquearía su gen diana igual de bien, pero se encontraron con que las células con diferentes guías para el mismo gen presentaban diferentes tasas de supervivencia.

"Esto sugiere que existen diferencias intrínsecas entre las secuencias de ARN guía que llevaron a diferencias en su eficiencia en la escisión del ADN genómico", explica Tim Wang, estudiante graduado en Biología del MIT y autor del estudio. Con esos datos, los investigadores dedujeron algunas reglas que aparecen para gobernar la eficiencia del sistema de CRISPR-Cas9 y usaron esas normas para crear un algoritmo que puede predecir las secuencias de mayor éxito para llegar a un determinado gen.

"Estos papeles juntos demuestran la extraordinaria potencia y versatilidad del sistema CRISPR-Cas9 como una herramienta para el descubrimiento de los mecanismos de la biología subyacente de los mamíferos en todo el genoma", dice Lander, quien agrega que la investigación está justo al principio, al estar todavía descubriendo las capacidades de este sistema y sus múltiples aplicaciones.

ALTERNATIVA EFICIENTE

Los investigadores dicen que el enfoque CRISPR podría ofrecer una alternativa más eficiente y confiable al ARN de interferencia (RNAi, en sus siglas en inglés), que es actualmente el método más utilizado para el estudio de las funciones de los genes . ARNi funciona mediante la entrega de hebras cortas de ARN conocidas como shRNA que destruyen el ARN mensajero (ARNm) , que lleva las instrucciones de ADN al resto de la célula.

El inconveniente de RNAi es que se dirige a ARNm y no ADN, por lo que es imposible conseguir el cien por cien de la eliminación del gen. "CRISPR puede agotar totalmente una determinada proteína en una célula, mientras shRNA reducirá los niveles pero nunca alcanzará el agotamiento total", recalca Zhang.

En estudios futuros, los investigadores planean conducir pantallas genómica de las células que se han vuelto cancerosas a través de la pérdida de genes supresores de tumores como el BRCA . Si los científicos pueden descubrir qué genes son necesarios para que esas células se desarrollen, pueden ser capaces de crear medicamentos altamente específicos contra el cáncer, según Wang.

Esta estrategia también se podría utilizar para ayudar a encontrar fármacos que contraataquen las células tumorales que han desarrollado resistencia a los fármacos de quimioterapia existentes, mediante la identificación de genes de los que esas células dependen para su supervivencia.

Estos expertos también esperan usar el sistema CRISPR para estudiar la función de la gran mayoría del genoma que no codifican proteínas. "Sólo el 2 por ciento del genoma es codificación. Por eso, estos dos estudios se han centrado en el 2 por ciento, pero en realidad hay otro 98 por ciento que durante mucho tiempo ha sido como la materia oscura", concluye Sanjana.