Una nueva herramienta de software proporciona una forma de diseñar de forma más segura la edición del genoma

Un equipo de investigadores ha desarrollado una herramienta de software llamada análisis DANGER (Guías deletéreas y anticipables evaluadas por secuenciación de ARN) que proporciona una forma de diseñar de forma más segura la edición del genoma en todos los organismos con un transcriptoma. Durante aproximadamente una década, los investigadores han utilizado la tecnología CRISPR para la edición del genoma. Sin embargo, existen algunos desafíos en el uso de CRISPR. El análisis DANGER supera estos desafíos y permite a los investigadores realizar evaluaciones más seguras dentro y fuera del objetivo sin un genoma de referencia. Tiene potencial para aplicaciones en medicina, agricultura e investigación biológica.

Su trabajo está publicado en la revista. Avances en bioinformática el 23 de agosto de 2023.

La edición del genoma, o edición de genes, se refiere a tecnologías que permiten a los investigadores cambiar el ADN genómico de un organismo. Con estas tecnologías, los investigadores pueden agregar, eliminar o alterar material genético en el genoma.

CRISPR-Cas9 es una conocida tecnología de edición de genes. Tiene fama de ser más precisa, más rápida y menos costosa que otras tecnologías similares. Sin embargo, la edición de genes mediante tecnología CRISPR presenta algunos desafíos. El primer desafío es que los efectos fenotípicos u observables causados ​​por la dinámica CRISPR inesperada no se monitorean cuantitativamente.

Un segundo desafío es que la tecnología CRISPR generalmente depende de datos genómicos básicos, incluido el genoma de referencia. El genoma de referencia es como una plantilla que proporciona a los investigadores información general sobre el genoma. Puede producirse una edición de secuencia inesperada con discrepancias. Estos sitios fuera de destino siempre son inesperados. Por lo tanto, los investigadores necesitan una forma de observar secuencias genómicas reales y limitar posibles efectos fuera del objetivo.

El diseño de la edición del genoma requiere una secuencia genómica bien caracterizada. Sin embargo, la información genómica de pacientes, cánceres y organismos no caracterizados suele ser incompleta”.

Kazuki Nakamae, profesor asistente del Laboratorio de Investigación Colaborativa PtBio en el Centro de Innovación de Edición del Genoma de la Universidad de Hiroshima

El equipo de investigación se propuso idear un método para abordar las cuestiones de los efectos fenotípicos y la dependencia de un genoma de referencia. El software de análisis de PELIGRO del equipo supera estos desafíos. El equipo utilizó muestras editadas genéticamente de células humanas y cerebros de pez cebra para realizar su evaluación de aversión al riesgo dentro y fuera del objetivo en datos de secuenciación de ARN.

El equipo demostró que el proceso de análisis de PELIGRO logra varios objetivos. Detectó posibles sitios de ADN dentro y fuera del objetivo en la región transcrita de ARNm del genoma utilizando datos de secuenciación de ARN. Se evaluaron los efectos fenotípicos de los sitios perjudiciales fuera del objetivo basándose en la evidencia proporcionada por los cambios en la expresión genética. Cuantificó el riesgo fenotípico a nivel del término de ontología genética, sin un genoma de referencia. Este éxito demostró que el análisis de PELIGRO se puede realizar en diversos organismos, genomas humanos personales y genomas atípicos creados por enfermedades y virus.

El proceso de análisis DANGER identifica los sitios genómicos dentro y fuera del objetivo en función de de nuevo ensamblaje del transcriptoma utilizando datos de secuenciación de ARN. Un transcriptoma incluye una colección de todas las lecturas de genes activos en una célula. Con de nuevo Ensamblaje del transcriptoma, el transcriptoma se ensambla sin la ayuda de un genoma de referencia. A continuación, el análisis de PELIGRO identifica los objetivos nocivos y nocivos. Estos están fuera de objetivos en las regiones transcritas de ARNm que representan la regulación negativa de la expresión en muestras editadas en comparación con las de tipo salvaje. Finalmente, el software cuantifica el riesgo fenotípico utilizando la ontología genética de los objetivos nocivos. “Nuestro análisis de PELIGRO es un software novedoso que permite cuantificar los efectos fenotípicos causados ​​por estimaciones fuera del objetivo. Además, nuestra herramienta utiliza de nuevo conjunto de transcriptoma cuyas secuencias pueden construirse a partir de datos de secuenciación de ARN de muestras tratadas sin un genoma de referencia”, dijo Hidemasa Bono, profesor del Centro de Innovación de Edición del Genoma de la Universidad de Hiroshima.

De cara al futuro, el equipo espera ampliar su investigación utilizando el análisis PELIGRO. “Aplicaremos el software a varias muestras de edición del genoma de pacientes y cultivos para aclarar el efecto fenotípico y establecer estrategias más seguras para la edición del genoma”, dijo Nakamae.

El análisis de PELIGRO es de código abierto y se puede ajustar libremente. Por tanto, el algoritmo de este proceso podría reutilizarse para el análisis de varios sistemas de edición del genoma más allá del sistema CRISPR-Cas9. También es posible mejorar la especificidad del análisis de PELIGRO para CRISPR-Cas9 incorporando algoritmos de puntuación fuera del objetivo específicos de CRISPR-Cas9. El equipo cree que el proceso de análisis DANGER ampliará el alcance de los estudios genómicos y las aplicaciones industriales mediante la edición del genoma.

El equipo de investigación incluye a Kazuki Nakamae, que trabaja en la Universidad de Hiroshima y PtBio Inc., y a Hidemasa Bono, que trabaja en la Universidad de Hiroshima.

Esta investigación fue financiada por el Centro de Innovación para la Transformación BioDigital; la plataforma de innovación abierta para la cocreación entre la industria y la academia (COI-NEXT); la Agencia Japonesa de Ciencia y Tecnología COI-NEXT (JPMJPF2010); y la Sociedad Japonesa para la Promoción de la Ciencia KAKENHI (21K17855).