Un nuevo bisturí molecular actúa como un GPS para mejorar la edición genética

Investigadores de la Universidad de Copenhague (Dinamarca), liderados por el español Guillermo Montoya, han descubierto cómo funcionan unas tijeras moleculares que desenrollan y cortan el ADN llamadas Cpf1. Se trata de una nueva herramienta CRISPR Cas de edición genética, capaz de actuar como un GPS para encontrar su destino dentro del intrincado mapa del genoma. Su alta precisión permitirá mejorar el uso de este tipo de tecnología en la reparación de daños genéticos y otras aplicaciones médicas y biotecnológicas.

Ana Hernando | | 04 julio 2017 10:15

<p>Representación de la proteína Cpf1 en complejo con su ARN guía y ADN diana. La determinación de su estructura a alta resolución ha permitido desvelar el funcionamiento de esta herramienta de ingeniería genética. / Universidad de Copenhague</p>

Representación de la proteína Cpf1 en complejo con su ARN guía y ADN diana. La determinación de su estructura a alta resolución ha permitido desvelar el funcionamiento de esta herramienta de ingeniería genética. / Universidad de Copenhague

Un equipo científico de Novo Nordisk Foundation Center for Protein Research (NNF-CPR), de la Universidad de Copenhague, ha conseguido visualizar y describir cómo funciona una herramienta para editar genomas, llamada Cpf1. Esta proteína de la familia Cas permite desenrollar el ADN para poder cortarlo e iniciar el proceso de modificación con la tecnología CRISPR. Los resultados del trabajo se han publicado en la revista Nature.

Las nuevas tijeras moleculares logran extremos complementarios en vez de romos, como sucede con Cas9, lo cual facilita la inserción de una secuencia de ADN

Según explica a Sinc Guillermo Montoya, investigador en química y biología molecular y líder del estudio, el nuevo bisturí molecular “permitirá hacer modificaciones y editar las instrucciones contenidas en el genoma de manera más segura, debido a que reconoce la secuencia apropiada del ADN con mayor precisión”.

La herramienta de corta-pega genético CRISPR Cas9 ya está siendo usada para modificar genes de animales y plantas. También en terapias humanas como el cáncer, las enfermedades de retina y sus aplicaciones no paran de crecer.

Técnica de cristalografía de rayos X

Pero investigadores de todo el mundo están tratando de perfeccionar esta técnica de edición genética con el fin de hacerla más precisa y eficaz. Para conseguirlo, han puesto el foco también en otras proteínas que cortan de forma específica al ADN, como Cpf1, cuya manipulación puede dirigirlas hacia puntos concretos del genoma. El equipo de Montoya ha logrado este objetivo aplicando una técnica de cristalografía de rayos X.

“Hemos irradiado la proteína cristalizada Cpf1 con rayos-X para poder observar su estructura a resolución atómica, de manera que podemos ver todos sus componentes”, señala el coautor del trabajo. “La difracción de rayos-X es una de las principales técnicas biofísicas para elucidar las estructuras de las biomoléculas”, subraya.

En su opinión, “la principal ventaja de Cpf1 proviene de su alta especificidad y el corte sobre el ADN, ya que con las nuevas tijeras moleculares se logra generar extremos complementarios en vez de romos, como sucede en el caso de Cas9, lo cual facilita la inserción de una secuencia de ADN".

Los investigadores Pablo Alcón (izquierda), Stefano Stella (derecha) y Guillermo Montoya (de pie), autores del estudio, en el laboratorio del Grupo de Cristalografía de Macromoléculas. / Universidad de Copenhague

“Esta alta precisión de reconocimiento de la secuencia de ADN sobre la que se va actuar funciona como un GPS que dirige la herramienta dentro del intrincado mapa del genoma para que encuentre su destino. Además, es muy versátil y fácil de reprogramar, en comparación con otras proteínas utilizadas para esta finalidad”, dice Montoya.

La alta precisión de reconocimiento de la secuencia de ADN funciona como un GPS que dirige la herramienta dentro del intrincado mapa del genoma

Enfermedades genéticas y tumores

Estas propiedades hacen que esta herramienta “sea especialmente idónea para su uso en el tratamiento de enfermedades genéticas y tumores”, destaca.

El equipo ha trabajado previamente con la empresa de biotecnología francesa Celletics en uso de meganucleasas –otras proteínas que se pueden rediseñar para cortar el genoma en un sitio deseado– para tratar cierto tipo de leucemias.

La nueva tecnología “también se podrá emplear para la modificación de microorganismos, con destino a la síntesis de metabolitos necesarios en la producción de fármacos y biocombustibles”, agrega Montoya.

Este investigador, originario de Getxo (Vizcaya), asegura que ya hay varias empresas interesadas en esta nueva tecnología. Son sobre todo del sector biotecnológico para manipulación de microorganismos, pero aún no puede dar nombres por acuerdos de confidencialidad.

Referencia bibliográfica:

Stefano Stella, Pablo Alcón & Guillermo Montoya. “Structure of the Cpf1 endonuclease R-loop complex after target DNA cleavage”. Nature (31 de mayo de 2017) DOI 10.1038/nature22398