Trabajando en diminutos gusanos, los científicos ahora pueden probar los efectos de miles de mutaciones genéticas de una sola vez.
por la Universidad de Oregón
Una nueva técnica de edición de genes desarrollada por investigadores de la Universidad de Oregón (UO) comprime lo que anteriormente habrían sido años de trabajo en solo unos pocos días, lo que hace posibles nuevos tipos de investigación en modelos animales. Permitirá a los biólogos hacer experimentos que comparen muchas versiones de un gen, buscando mutaciones que conduzcan a rasgos específicos y rastreando su evolución a lo largo del tiempo.
Dicha investigación es a menudo un primer paso para identificar mutaciones que son relevantes para la salud humana o para desentrañar los mecanismos detrás de las enfermedades humanas.
Si bien se han desarrollado trucos de edición masiva de genes para organismos unicelulares como bacterias y levaduras, esta es la primera vez que ha sido posible a esta escala en un animal.
«En biología, pasamos mucho tiempo trabajando con mutantes genéticos. Pero en los animales, estamos limitados por la cantidad de mutantes genéticos que podemos hacer a la vez», dice Zach Stevenson, estudiante de posgrado en el laboratorio de Patrick Phillips en la UO. que ayudó a diseñar la técnica. «Esta es una forma de sortear ese cuello de botella».
Stevenson y sus colegas describen su nueva técnica en una preimpresión publicada en bioRxiv.
Han probado el sistema en C. elegans, un pequeño gusano que es una especie popular para la investigación biológica. Un enfoque similar eventualmente podría funcionar en otros animales de laboratorio, como moscas o ratones, dijo Stevenson.
«La ingeniería genética del ADN de los microbios ha servido como base de la revolución en biotecnología durante las últimas tres décadas, pero ha sido difícil hacerlo a escala dentro de los sistemas animales», dijo Phillips. «El nuevo enfoque desarrollado en nuestro laboratorio puede servir como plataforma para una forma completamente nueva de usar un animal simple como base para la biología sintética de la misma manera que se han usado bacterias y levaduras durante una generación».
Hay muchas razones por las que los científicos podrían querer tener la capacidad de crear muchas mutaciones genéticas a la vez. Por ejemplo, podrían estar buscando una mutación que podría hacer que un animal sea resistente a un fármaco específico, o sea más capaz de sobrevivir bajo ciertas condiciones, o sea menos susceptible a una enfermedad. Es posible que necesiten evaluar docenas o incluso cientos de posibles variaciones en un gen para encontrar la que sea más efectiva.
Este tipo de experimentos son minuciosamente lentos en animales. Cada cepa mutante, un conjunto de gusanos con una modificación genética específica, debe diseñarse individualmente. Hacer un mutante «generalmente toma entre siete y diez horas de tiempo práctico», dijo Stevenson. Usando este nuevo sistema, «por el mismo trabajo de hacer tres o cuatro mutaciones, puedes hacer decenas de miles».
Para acelerar las cosas, Stevenson y sus colegas diseñaron una forma de comprimir cientos o incluso miles de posibles mutaciones en una sola «biblioteca». Cada libro de la biblioteca es un pequeño fragmento de código genético, sin sentido y no funcional por sí solo. Cada fragmento encaja en una brecha diseñada en el gen al que se dirige, como un rompecabezas genético de Mad Libs.
Este diseño significa que en lugar de inyectar individualmente muchos gusanos individuales con diferentes versiones de un gen, los investigadores pueden inyectar toda la biblioteca de mutaciones en un gusano.
Luego, cuando el gusano se reproduce, la biblioteca se expande. En cada descendencia, se selecciona aleatoriamente un libro de la biblioteca de mutaciones para completar el gen al que se dirige. Cuando se desliza un segmento de la biblioteca de genes, hace que el gen se active, como si se accionara un interruptor para completar un circuito eléctrico.
El resultado: una colección de gusanos que tienen diferentes mutaciones genéticas seleccionadas al azar.
Los investigadores llamaron a su técnica TARDIS, un guiño lúdico a la cabina de policía que viaja en el espacio y el tiempo del Dr. Who. Aquí, significa Matrices transgénicas que dan como resultado diversidad de secuencias integradas. Al igual que la TARDIS ficticia, el gusano «es más grande por dentro», dice Stevenson. (Es decir, contiene una gran cantidad de material genético adicional).
Los investigadores probaron TARDIS con un gen que les da a los gusanos resistencia a los antibióticos. Pero ven amplias aplicaciones para la biología en general, incluida la investigación en otros organismos modelo.
Podría ser especialmente útil para estudiar las interacciones entre proteínas o la señalización entre células, sugiere el profesor de investigación de la UO Stephen Banse, quien ayudó a desarrollar TARDIS. Tales interacciones son a menudo relevantes para comprender la enfermedad, pero los científicos pierden un contexto importante al estudiarlas en levaduras o bacterias, dijo Banse. «Ahora podemos hacer estas cosas en un modelo animal».
Más información: Zachary Christopher Stevenson et al, Transgénesis de biblioteca de alto rendimiento en Caenorhabditis elegans a través de matrices transgénicas que dan como resultado diversidad de secuencias integradas (TARDIS), (2022). DOI: 10.1101/2022.10.30.514301
