Investigadores del CNIO describen por primera vez cómo se produce la rotura del ADN por medio de bisturís moleculares

Madrid (10/12/2014) - Redacción

Un bisturí molecular permite identificar el lugar donde el ADN está dañado, eliminar el gen alterado e introducir el correcto; este trabajo, publicado en 'Nature Structural & Molecular Biology', tendrá importantes implicaciones en el desarrollo de nuevos tratamientos contra determinadas enfermedades hereditarias y algunos tipos de tumores

La revista 'Nature Structural & Molecular Biology' ha publicado los resultados del trabajo realizado por el Grupo de Cristalografía de Macromoléculas del Centro Nacional de Investigaciones Oncológicas (CNIO), que dirige Guillermo Montoya. Esta investigación ha permitido el desarrollo de un método que permite observar cómo actúan estos bisturís biológicos, Con este método se ha podido observar, por primera vez, cómo se produce la rotura de la doble cadena del ADN para iniciar reparación de un error genético, un proceso que en la naturaleza requiere tan sólo una millonésima de segundo y que ahora se puede reproducir, paso a paso, gracias a los datos obtenidos por cristalografía de rayos X. Esta investigación ha contado con la colaboración del grupo computacional de Modesto Orozco, de IRB Barcelona, y ha sido financiado por el Ministerio de Economía y Competitividad y la Fundación Ramón Areces.

En 2008, la revista 'Nature' publicó en portada otro trabajo de este mismo grupo de investigación, en el que se había diseñado de un bisturí molecular (una meganucleasa) que permitía acceder directamente a la parte del ADN que está dañado con el fin de repararlo. "En el primer trabajo", explica Guillermo Montoya, "describimos cómo modificar ese tipo de enzimas para que reconocieran otras secuencias de ADN. En este último trabajo hemos observado por primera vez la reacción química que se produce durante el corte de la molécula de ADN, pudiendo detallar todos los estados intermedios que se producen durante la catálisis".

El trabajo que ahora se publica en 'Nature Structural & Molecular Biology' supone un paso fundamental en el desarrollo de futuros tratamientos de enfermedades cuyo objetivo será reparar el error genético que las causa. "A partir del corte y de cómo se realice", comenta el investigador, "las rutas de reparación celular sellarían este daño en el ADN. Para poder corregir mutaciones en el ADN la ruta apropiada es la recombinación homologa. En este caso deberíamos proveer a la célula con un molde correcto que se usaría en la zona donde de ha producido el corte para sellar esa discontinuidad cambiando o corrigiendo la secuencia original o mutada de ADN".

Tratamientos específicos

El trabajo realizado por el Grupo de Cristalografía de Macromoléculas abre importantes posibilidades para el desarrollo de una nueva forma de abordar el tratamiento de algunas enfermedades causadas por la existencia de un error genético, la mutación de un gen.

Como explica Guillermo Montoya, "actualmente se está trabajando en tres familias de proteínas para producir herramientas que sean suficientemente específicas para poder iniciar el proceso de corrección en un lugar cercano a esa alteración genética. Para este tipo de aplicación se necesitaría un modulo que reconozca esa región del ADN y otro que produzca el corte. Esta aproximación tendrá éxito en la medida que estas herramientas sean lo más precisas posible, de manera que no produzcan cortes añadidos en el genoma. Aplicaciones de este tipo de estrategias se están produciendo también en el campo de tumores que afectan al sistema inmune".

Este tipo de terapia basada en la reparación del gen mutado o alterado podría ser exitosa especialmente en aquellas, hereditarias y no hereditarias, en las que el error genético no afecte a todas las células del organismo, sino a un tipo celular concreto, como puede ser el caso de ciertas enfermedades que afectan al sistema inmune, cuyas células se producen principalmente en la médula ósea.

Los bisturís moleculares, que básicamente son enzimas, son en la actualidad una herramienta fundamental de la investigación básica, pero poco a poco empiezan a tener aplicaciones prácticas que implican el desarrollo de organismos genéticamente modificados.

"Muchas de estas enzimas rediseñadas", concluye Guillermo Montoya, "ya se han empleado para modificar plantas. Tanto este tipo de enzimas como otras familias de proteínas se están empleando para modificar organismos. Actualmente diferentes grupos se están centrando en desarrollar y validar familias de herramientas que serán utilizadas para modificar y editar genomas. En un mundo en el que las previsiones dicen, por ejemplo, que el crecimiento de la población superará la capacidad de producción de alimentos, será necesario mejorar el rendimiento de determinados recursos, como cultivos o ganado. Esto es algo que agricultores y granjeros han hecho desde tiempo inmemorial pero de manera más lenta y menos eficiente. La producción de biocombustibles o incluso la producción de precursores en microorganismos para la industria farmacéutica es otro de los campos en los que la modificación de organismos mediante la edición de su genoma va a tener un papel relevante".