Los científicos modifican genéticamente con éxito células individuales en animales vivos

Un método probado para rastrear los orígenes genéticos de las enfermedades es desactivar un solo gen en los animales y estudiar las consecuencias que esto tiene para el organismo. El problema es que, en muchas enfermedades, la patología está determinada por múltiples genes, lo que complica la tarea de los científicos que intentan determinar con precisión la contribución de un único gen a la enfermedad. Para ello, tendrían que realizar muchos experimentos con animales, uno para cada modificación genética deseada.

Investigadores dirigidos por Randall Platt, profesor de Ingeniería Biológica en el Departamento de Ciencia e Ingeniería de Biosistemas de ETH Zúrich En Basilea, han desarrollado un método que simplificará y acelerará enormemente la investigación con animales de laboratorio: utilizando las tijeras genéticas CRISPR-Cas, realizan simultáneamente varias docenas de cambios genéticos en las células de un solo animal, como si se tratara de un mosaico.

Si bien no se altera más de un gen en cada célula, las distintas células dentro de un órgano se alteran de diferentes maneras. Luego se pueden analizar con precisión las células individuales. Esto permite a los investigadores estudiar las ramificaciones de muchos cambios genéticos diferentes en un solo experimento.

Primera vez en animales adultos

Por primera vez, los investigadores de la ETH Zurich han aplicado con éxito este enfoque en animales vivos, concretamente en ratones adultos, según un informe reciente publicado en la revista. Naturaleza. Otros científicos habían desarrollado previamente un enfoque similar para células en cultivo o embriones de animales.

Para “informar” a las células de los ratones qué genes deberían destruir las tijeras del gen CRISPR-Cas, los investigadores utilizaron el gen adenoasociado

” datos-gt-translate-attributes=”[{“attribute”:”data-cmtooltip”, “format”:”html”}]”>virus (AAV), una estrategia de administración que puede apuntar a cualquier órgano. Prepararon los virus para que cada partícula de virus llevara la información para destruir un gen en particular, luego infectaron a los ratones con una mezcla de virus que llevaban diferentes instrucciones para la destrucción de genes. De esta manera pudieron desactivar diferentes genes en las células de un órgano. Para este estudio, eligieron el cerebro.

Nuevos genes patógenos descubiertos

Con este método, los investigadores de ETH Zurich, junto con colegas de la Universidad de Ginebra, obtuvieron nuevas pistas sobre un trastorno genético poco común en humanos, conocido como síndrome de deleción 22q11.2. Los pacientes afectados por la enfermedad muestran muchos síntomas diferentes, generalmente diagnosticados con otras afecciones como esquizofrenia y

” datos-gt-translate-attributes=”[{“attribute”:”data-cmtooltip”, “format”:”html”}]”>trastorno del espectro autista. Hasta ahora se sabía que una región cromosómica que contiene 106 genes es la responsable de esta enfermedad. También se sabía que la enfermedad estaba asociada con múltiples genes, sin embargo, no se sabía cuál de los genes desempeñaba qué papel en la enfermedad.

Para su estudio en ratones, los investigadores se centraron en 29 genes de esta región cromosómica que también están activos en el cerebro del ratón. En cada célula cerebral de ratón individual, modificaron uno de estos 29 genes y luego analizaron el

” datos-gt-translate-attributes=”[{“attribute”:”data-cmtooltip”, “format”:”html”}]”>ARN perfiles de esas células cerebrales. Los científicos pudieron demostrar que tres de estos genes son en gran medida responsables de la disfunción de las células cerebrales. Además, encontraron patrones en las células del ratón que recuerdan a la esquizofrenia y los trastornos del espectro autista. Entre los tres genes, uno ya era conocido, pero los otros dos no habían sido previamente objeto de mucha atención científica.

“Si sabemos qué genes de una enfermedad tienen una actividad anormal, podemos intentar desarrollar fármacos que compensen esa anomalía”, afirma António Santinha, estudiante de doctorado del grupo de Platt y autor principal del estudio.

Patente pendiente

El método también sería adecuado para su uso en el estudio de otros trastornos genéticos. “En muchas enfermedades congénitas intervienen varios genes, no sólo uno, afirma Santinha. “Este también es el caso de enfermedades mentales como la esquizofrenia. Nuestra técnica ahora nos permite estudiar tales enfermedades y sus causas genéticas directamente en animales adultos”. El número de genes modificados podría aumentarse de los 29 actuales a varios cientos de genes por experimento.

“Es una gran ventaja que ahora podamos realizar estos análisis en organismos vivos porque las células se comportan de manera diferente en cultivo que como parte de un cuerpo vivo”, dice Santinha. Otra ventaja es que los científicos pueden simplemente inyectar los AAV en el torrente sanguíneo de los animales. Existen varios AAV diferentes con diferentes propiedades funcionales. En este estudio, los investigadores utilizaron un virus que ingresa al cerebro de los animales. “Sin embargo, dependiendo de lo que intentes investigar, también podrías utilizar VAA dirigidos a otros órganos”, afirma Santinha.

ETH Zurich ha solicitado una patente para esta tecnología. Los investigadores ahora quieren utilizarlo como parte de un spin-off que están creando.

Perturbando el genoma

La técnica presentada aquí es una de una serie de nuevos métodos de edición genética utilizados para alterar el genoma de las células en forma de mosaico. Perturbación CRISPR es el término técnico para este enfoque de investigación que implica la perturbación del genoma utilizando tijeras genéticas CRISPR-Cas. Este enfoque está revolucionando actualmente la investigación en las ciencias de la vida. Permite obtener una gran cantidad de información de un solo experimento científico. Como resultado, este enfoque tiene el potencial de acelerar la investigación biomédica, como la búsqueda de las causas moleculares de enfermedades genéticamente complejas.

Hace una semana, otro grupo de investigación del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Biosistemas de la ETH Zurich en Basilea, en colaboración con un equipo de Viena, publicó un estudio en el que aplicaron Perturbación CRISPR en organoides.. Los organoides son esferoides de microtejidos que se cultivan a partir de células madre y tienen una estructura similar a la de los órganos reales; en otras palabras, son una especie de órgano en miniatura. Son un método de investigación sin animales que complementa la investigación con animales. Dado que ambos métodos (la perturbación CRISPR en animales y en organoides) pueden proporcionar más información con menos experimentos, ambos tienen el potencial de reducir en última instancia el número de experimentos con animales.

Referencia: “Análisis de enlace transcripcional con AAV-Perturb-seq in vivo” por Antonio J. Santinha, Esther Klingler, Maria Kuhn, Rick Farouni, Sandra Lagler, Georgios Kalamakis, Ulrike Lischetti, Denis Jabaudon y Randall J. Platt, 20 de septiembre de 2023 , Naturaleza.
DOI: 10.1038/s41586-023-06570-y