Los sistemas CRISPR/Cas han experimentado enormes avances en la última década. Estas herramientas precisas de edición del genoma tienen aplicaciones que van desde el desarrollo de cultivos transgénicos hasta la terapia génica y más.
por April Wendling, Universidad de Illinois en Urbana-Champaign
Y con su reciente desarrollo de CRISPR-COPIES, los investigadores del Centro de Innovación Avanzada en Bioenergía y Bioproductos (CABBI) están mejorando aún más la versatilidad y facilidad de uso de CRISPR.
«CRISPR-COPIES es una herramienta que puede identificar rápidamente sitios de integración cromosómica apropiados para la ingeniería genética en cualquier organismo», dijo Huimin Zhao, líder del tema de conversión de CABBI y catedrático Steven L. Miller de Ingeniería Química y Biomolecular (ChBE) de la Universidad de Illinois. .
«Acelerará nuestro trabajo en la ingeniería metabólica de levaduras no modelo para una producción rentable de productos químicos y biocombustibles».
La edición de genes ha revolucionado las capacidades de los científicos para comprender y manipular la información genética. Esta forma de ingeniería genética permite a los investigadores introducir nuevos rasgos en un organismo, como la resistencia a las plagas o la capacidad de producir un bioquímico valioso.
Con los sistemas CRISPR/Cas, los investigadores pueden realizar ediciones genéticas precisas y específicas. Sin embargo, localizar sitios de integración óptimos en el genoma para estas ediciones ha sido un problema crítico y en gran medida sin resolver. Históricamente, cuando los investigadores necesitaban determinar dónde dirigir sus ediciones, normalmente buscaban manualmente sitios de integración potenciales y luego probaban el sitio integrando un gen informador para evaluar su aptitud celular y sus niveles de expresión genética. Es un proceso que requiere mucho tiempo y recursos.
Para abordar este desafío, el equipo de CABBI desarrolló CRISPR-COPIES, un canal computacional para la identificación de sitios de integración facilitados por CRISPR/Cas. Esta herramienta puede identificar sitios de integración neutrales en todo el genoma para la mayoría de los genomas bacterianos y fúngicos en dos o tres minutos.
«Encontrar manualmente el sitio de integración en el genoma es como buscar una aguja en un pajar», dijo Aashutosh Boob, Ph.D. de ChBE. estudiante de la Universidad de Illinois y autor principal del estudio. «Sin embargo, con CRISPR-COPIES, transformamos el pajar en un espacio de búsqueda, lo que permite a los investigadores localizar de manera eficiente todas las agujas que se alinean con sus criterios específicos».
En su artículo publicado en Nucleic Acids Research , los investigadores demostraron la versatilidad y escalabilidad de CRISPR-COPIES al caracterizar los sitios de integración en tres especies diversas: Cupriavidus necator, Saccharomyces cerevisiae y células HEK 293T. Utilizaron sitios de integración encontrados por CRISPR-COPIES para diseñar células con una mayor producción de ácido 5-aminolevulínico, un bioquímico valioso que tiene aplicaciones en la agricultura y la industria alimentaria .
Además, el equipo ha creado una interfaz web fácil de usar para CRISPR-COPIES . Esta aplicación increíblemente accesible puede ser utilizada por investigadores incluso sin una gran experiencia en bioinformática.
Un objetivo principal de CABBI es la ingeniería de levaduras no modelo para producir productos químicos y combustibles a partir de biomasa vegetal. Sin embargo, producir biocombustibles y bioproductos de forma económica a partir de materias primas de bajo costo a gran escala es un desafío debido a la falta de herramientas genéticas y la naturaleza engorrosa de los métodos tradicionales de edición del genoma.
Al permitir a los investigadores identificar rápidamente loci genómicos para la integración genética específica, CRISPR-COPIES proporciona un proceso simplificado que facilita la identificación de sitios de integración estables en todo el genoma. También elimina el trabajo manual involucrado en el diseño de componentes para la integración de ADN mediada por CRISPR/Cas.
Para la ingeniería de cultivos, la herramienta se puede utilizar para aumentar el rendimiento de la biomasa, la resistencia a las plagas y/o la resiliencia ambiental. Para convertir biomasa en sustancias químicas valiosas (por ejemplo, mediante el uso de la levadura S. cerevisiae), se pueden utilizar CRISPR-COPIES para diseñar células con rendimientos significativamente mayores.
Este software versátil está diseñado para simplificar y acelerar el proceso de construcción de cepas, ahorrando tiempo y recursos a los investigadores. Los investigadores de todo el mundo, tanto del mundo académico como de la industria, pueden beneficiarse de su utilidad en la ingeniería de cepas para la producción bioquímica y el desarrollo de cultivos transgénicos.
Más información: Aashutosh Boob et al, CRISPR-COPIES: Una plataforma in silico para el descubrimiento de sitios de integración neutrales para la integración de genes facilitada por CRISPR/Cas, Nucleic Acids Research (2024). DOI: 10.1093/nar/gkae062
