Paso de gigante en ingeniería genética: hallan el modo de 'programar' el ADN a voluntad

El hallazgo, recién publicado en 'Nature', explica que este 'puente de ADN' programable permite que los investigadores especifiquen cualquier secuencia genética que deseen y cualquier molécula de ADN que quieran después insertar en un genoma.

«El puente de ARN -afirma Patrick Hsu, autor principal del artículo- es un mecanismo fundamentalmente nuevo para la programación biológica. La recombinación de puentes puede modificar universalmente el material genético mediante inserción, escisión, inversión y más de secuencias específicas, permitiendo un 'procesador de textos' para el genoma vivo que va más allá de CRISPR«.

El puente de recombinación viene de elementos de la llamada secuencia de inserción 110 (IS110), uno de los incontables tipos de elementos transponibles, también llamados 'genes saltarines', que se cortan y pegan para cambiar de posición tanto dentro como entre genomas microbianos. Dichos elementos están presentes en todas las formas de vida, y han evolucionado hasta convertirse en auténticas máquinas profesionales de manipulación del ADN, que los organismos usan con el objetivo de sobrevivir. Los elementos IS110 son mínimos y consisten en un único gen que codifica la enzima recombinasa, además de en una serie de segmentos de ADN que se agrupan alrededor y cuya función, hasta ahora, sigue siendo un misterio.

En su laboratorio, Hsu descubrió que cuando IS110 se escinde de un genoma, los extremos del ADN no codificante se unen para producir una molécula de ARN (un puente de ARN) que se pliega en dos bucles. Uno de esos bucles se une al propio elemento S110, mientras que el otro se une al ADN objetivo, en medio del que se inserta. El ARN puente es el primer ejemplo de una molécula guía doblemente específica.

Cada uno de los dos bucles del ARN puente se puede programar de forma independiente, de modo que los investigadores podrán mezclar y combinar cualquier secuencia de ADN de interés con el objetivo y el donante. Esto significa que el sistema puede ir mucho más allá de su función natural de insertar el elemento IS110, y permitir en cambio la inserción de cualquier carga genética que se desee, como una copia funcional de un gen defectuoso que causa una enfermedad, en cualquier lugar del genoma. En este trabajo, el equipo demostró más del 60% de eficiencia de inserción de un gen deseado en E. coli con más del 94% de especificidad para la ubicación genómica correcta.

«Estos puentes de ARN programables -afirma Nick Perry, coautor del estudio- distinguen a IS110 de otras recombinasas conocidas, que carecen de un componente de ARN y no pueden programarse. Es como si el puente RNA fuera un adaptador de corriente universal que hace que el IS110 sea compatible con cualquier toma de corriente».

El hallazgo se complementa con el trabajo llevado a cabo en el laboratorio de Hiroshi Nishimasu, de la Universidad de Tokio, que se plasma en un segundo artículo de 'Nature' y en el que se utilizó microscopía crioelectrónica para determinar las estructuras moleculares de los dos bucles de ARN del puente de recombinasa.

Según los investigadores, con más investigación y desarrollo este mecanismo puente promete ser el comienzo de una tercera generación de sistemas guiados por ARN, más allá del conocido mecanismo de 'corta y pega' de la técnica CRISPR y de la llamada interferencia de ARN (ARNi). El puente de ARN programable, en efecto, ofrecerá por primera vez un mecanismo unificado que permita reordenar a voluntad el ADN de nuestra herencia genética.

«Este mecanismo de recombinación puente -dice por su parte el coautor principal Matthew Durran- resuelve algunos de los desafíos más importantes a los que se enfrentan otros métodos de edición del genoma. La capacidad de reorganizar de forma programable dos moléculas de ADN abre la puerta a grandes avances en el diseño del genoma».