Un investigador de NC State ha desarrollado una nueva forma de introducir CRISPR / Cas9 en células vegetales sin insertar ADN extraño. Esto permite deleciones o reemplazos genéticos precisos, sin insertar ADN extraño. Por lo tanto, el producto final no es un organismo modificado genéticamente u OGM.
por Mollie Rappe, Universidad Estatal de Carolina del Norte
CRISPR / Cas9 es una herramienta que se puede utilizar para cortar con precisión y eliminar o reemplazar una secuencia genética específica. La proteína Cas9 sirve como un par de tijeras moleculares, guiadas al objetivo genético específico por una guía de ARN fácilmente intercambiable. Básicamente, busca una secuencia genética específica y, cuando encuentra esa secuencia, la corta. Una vez que se corta el ADN objetivo, se puede eliminar o reemplazar.
El sistema CRISPR / Cas9 tiene un enorme potencial para mejorar los cultivos cambiando su código genético. Eso no significa necesariamente insertar ADN extraño, pero los sistemas utilizados para administrar CRISPR / Cas9 en las células de una planta a menudo lo hacen, lo que significa que el cultivo relevante es un OGM. Los transgénicos se someten a un riguroso proceso de evaluación y muchos consumidores prefieren productos no transgénicos.
El Departamento de Agricultura de los Estados Unidos (USDA) y la Administración de Alimentos y Medicamentos regulan los cultivos transgénicos y tienen estándares que definen qué son los cultivos transgénicos. Estos se centran en la presencia de secuencias de ADN de otras especies presentes en el producto final.
Eliminar o rechazar un gen, como el responsable de que las manzanas en rodajas se vuelvan marrones, no introduce ADN extraño y, por lo tanto, es un método no transgénico. De manera similar, alterar la expresión de un gen relacionado con la resistencia a las plagas en una variedad de camote para hacerla más resistente, podría ser un método no transgénico.
En un nuevo estudio publicado en la revista Plant Cell Reports, Wusheng Liu, biólogo de plantas y biotecnólogo del Departamento de Ciencias Hortícolas, demostró una nueva forma de introducir la proteína Cas9 y guiar el ARN en las células vegetales, que no involucra ADN extraño.
«Esta fue la primera vez que alguien ideó un método para administrar la proteína Cas9 a través de la lipofección en las células vegetales», dijo Liu. «Nuestro mayor logro fue lograrlo. Además, dado que muchos consumidores prefieren cultivos especiales no transgénicos, este método proporciona la proteína Cas9 de una manera no transgénica».
La lipofección es un método que utiliza lípidos cargados positivamente, algo así como los que se encuentran en el jabón para platos, para formar un liposoma similar a una burbuja que rodea el complejo Cas9 / gRNA. El liposoma se une y luego se fusiona con la membrana celular de la planta, introduciendo su carga CRISPR en la célula vegetal . Se ha utilizado con éxito para administrar el complejo proteico CRISPR / Cas9 en células de mamíferos.
«Muchos programas en todo el mundo se están centrando en la entrega de ADN CRISPR / Cas9», dijo Liu. «Hay una cantidad muy limitada de investigación centrada en la entrega de proteínas Cas9. Pero la entrega de proteínas tiene muchas ventajas».
En primer lugar, al entregar la proteína Cas9 en lugar de la secuencia de ADN de Cas9, no hay transferencia de secuencias de ADN específicas de una especie a otra. La proteína Cas9 dura de tres a cinco días y luego se degrada. Esto reduce el corte en lugares no deseados, lo que se denomina división fuera del objetivo, dijo Liu.
Además, el método más común de introducir ADN en plantas se llama transformación mediada por Agrobacterium. Agrobacterium es un grupo de bacterias que causan enfermedades de las plantas. Los científicos no pueden controlar dónde se agrega el nuevo ADN al genoma de la planta con este método, dijo Liu. Además, este método no funciona para muchas variedades de cultivos de élite que son muy difíciles de transformar. Además, dado que el proceso introduce ADN extraño, el producto final es un OMG.
Por otro lado, el proceso de introducir CRISPR / Cas9 en un liposoma requiere que se elimine la pared exterior resistente de la célula vegetal. Las células vegetales sin pared celular se denominan protoplastos. Convertir este protoplasto en un brote y luego en una planta completa requiere una combinación cuidadosa de hormonas vegetales y nutrientes. Se han desarrollado métodos para regenerar plantas a partir de protoplastos para más de 50 tipos de cultivos, incluidos trigo, tomates, fresas y tabaco, dijo Liu. Sin embargo, los métodos no se han elaborado para todos los cultivos.
Liu también está trabajando en algunos otros métodos para introducir la proteína Cas9 en células vegetales que no requieren la eliminación de la pared celular.
Uno de estos métodos utiliza nanopartículas para introducir la proteína Cas9 en los granos de polen. Luego, cuando el polen se usa para fertilizar una flor femenina, el tubo polínico introducirá Cas9 en el óvulo junto con el esperma. Algún porcentaje de la semilla resultante tendrá las ediciones genéticas deseadas producidas por el complejo CRISPR / Cas9. Le gustaría usar este método para introducir la proteína Cas9 en el tomate y el cáñamo primero, y eventualmente adaptarlos a otros cultivos reproducidos sexualmente, dijo.
Esta investigación está financiada por el programa de Innovaciones Agrícolas a través de la Edición del Genoma de la Iniciativa de Investigación Agrícola y Alimentaria del USDA (AFRI).
La innovación de Liu no ha pasado desapercibida para sus colegas. Tom Ranney y Craig Yencho, profesores del Departamento de Ciencias Hortícolas, se encuentran entre los que están colaborando con Liu para aplicar estos métodos no transgénicos para promover características beneficiosas en cultivos de vivero y camote, respectivamente.
«El desarrollo de estos sistemas para otros cultivos especiales, incluidos los cultivos de vivero y los camotes, cambiaría las reglas del juego», dijo Ranney.
