Un conjunto diverso de especies, desde caracoles hasta algas y amebas, producen enzimas cortadoras de ADN programables llamadas Fanzors, y un nuevo estudio realizado por cient\u00edficos del Instituto McGovern para la Investigaci\u00f3n del Cerebro del MIT ha identificado miles de ellas. Los fanzors son enzimas guiadas por ARN que pueden programarse para cortar el ADN en sitios espec\u00edficos, de manera muy similar a las enzimas bacterianas que impulsan el sistema de edici\u00f3n de genes ampliamente utilizado conocido como CRISPR. La diversidad recientemente reconocida de enzimas naturales Fanzor, informada el 27 de septiembre en la revista Science Advances, brinda a los cient\u00edficos un amplio conjunto de enzimas programables que podr\u00edan adaptarse a nuevas herramientas para la investigaci\u00f3n o la medicina.<\/p>\n\n\n\n
“La biolog\u00eda guiada por ARN es lo que permite crear herramientas programables que son realmente f\u00e1ciles de usar. As\u00ed que cuanto m\u00e1s podamos encontrar, mejor”, dice Omar Abudayyeh, miembro de McGovern, quien dirigi\u00f3 la investigaci\u00f3n junto con Jonathan Gootenberg, miembro de McGovern.<\/p>\n\n\n\n
CRISPR, un antiguo sistema de defensa bacteriano, ha dejado claro lo \u00fatiles que pueden ser las enzimas guiadas por ARN cuando se adaptan para su uso en el laboratorio. Las herramientas de edici\u00f3n del genoma basadas en CRISPR desarrolladas por el profesor del MIT e investigador de McGovern Feng Zhang, Abudayyeh, Gootenberg y otros han cambiado la forma en que los cient\u00edficos modifican el ADN, acelerando la investigaci\u00f3n y permitiendo el desarrollo de muchas terapias gen\u00e9ticas experimentales.<\/p>\n\n\n\n
Desde entonces, los investigadores han descubierto otras enzimas gu\u00eda de ARN en todo el mundo bacteriano, muchas de ellas con caracter\u00edsticas que las hacen valiosas en el laboratorio. El descubrimiento de Fanzors, cuya capacidad para cortar ADN de forma guiada por ARN fue informada por el grupo de Zhang a principios de este a\u00f1o, abre una nueva frontera en la biolog\u00eda guiada por ARN. Los fanzors fueron las primeras enzimas de este tipo que se encontraron en organismos eucariotas, un amplio grupo de formas de vida, incluidas plantas, animales y hongos, definidos por el n\u00facleo rodeado de membrana que contiene el material gen\u00e9tico de cada c\u00e9lula. Las bacterias, que carecen de n\u00facleo, pertenecen a un grupo conocido como procariotas.<\/p>\n\n\n\n
“La gente lleva mucho tiempo buscando herramientas interesantes en los sistemas procari\u00f3ticos y creo que ha resultado incre\u00edblemente fruct\u00edfero”, afirma Gootenberg. “Los sistemas eucariotas son en realidad un nuevo tipo de campo de juego en el que trabajar”.<\/p>\n\n\n\n
Una esperanza, dicen Abudayyeh y Gootenberg, es que las enzimas que evolucionaron naturalmente en organismos eucariotas podr\u00edan ser m\u00e1s adecuadas para funcionar de manera segura y eficiente en las c\u00e9lulas de otros organismos eucariotas, incluidos los humanos. El grupo de Zhang ha demostrado que las enzimas Fanzor pueden dise\u00f1arse para cortar con precisi\u00f3n secuencias de ADN espec\u00edficas en c\u00e9lulas humanas. En el nuevo trabajo, Abudayyeh y Gootenberg descubrieron que algunos Fanzors pueden apuntar a secuencias de ADN en c\u00e9lulas humanas incluso sin optimizaci\u00f3n. “Fue realmente fant\u00e1stico observar el hecho de que funcionan de manera bastante eficiente en c\u00e9lulas de mam\u00edferos”, dice Gootenberg.<\/p>\n\n\n\n
Antes del estudio actual, se hab\u00edan encontrado cientos de Fanzors entre organismos eucariotas. A trav\u00e9s de una b\u00fasqueda exhaustiva en bases de datos gen\u00e9ticas dirigida por el miembro del laboratorio Justin Lim, el equipo de Gootenberg y Abudayyeh ha ampliado la diversidad conocida de estas enzimas en un orden de magnitud.<\/p>\n\n\n\n
Entre los m\u00e1s de 3.600 Fanzors que el equipo encontr\u00f3 en eucariotas y los virus que los infectan, los investigadores pudieron identificar cinco familias diferentes de enzimas. Al comparar la composici\u00f3n precisa de estas enzimas, encontraron evidencia de una larga historia evolutiva.<\/p>\n\n\n\n
Los fanzors probablemente evolucionaron a partir de enzimas bacterianas cortadoras de ADN guiadas por ARN llamadas TnpB. De hecho, fueron las similitudes gen\u00e9ticas de Fanzors con estas enzimas bacterianas las que primero llamaron la atenci\u00f3n tanto del grupo de Zhang como del equipo de Gootenberg y Abudayyeh.<\/p>\n\n\n\n
Las conexiones evolutivas que Gootenberg y Abudayyeh rastrearon sugieren que estos predecesores bacterianos de Fanzors probablemente entraron en las c\u00e9lulas eucariotas, iniciando su evoluci\u00f3n, m\u00e1s de una vez. Algunos probablemente fueron transmitidos por virus, mientras que otros pueden haber sido introducidos por bacterias simbi\u00f3ticas. La investigaci\u00f3n tambi\u00e9n sugiere que despu\u00e9s de que fueron absorbidas por los eucariotas, las enzimas desarrollaron caracter\u00edsticas adecuadas a su nuevo entorno, como una se\u00f1al que les permite ingresar al n\u00facleo celular, donde tienen acceso al ADN.<\/p>\n\n\n\n
A trav\u00e9s de experimentos gen\u00e9ticos y bioqu\u00edmicos dirigidos por el estudiante graduado en ingenier\u00eda biol\u00f3gica Kaiyi Jiang, el equipo determin\u00f3 que los Fanzors han desarrollado un sitio activo de corte de ADN que es distinto del de sus predecesores bacterianos. Esto parece permitir que la enzima corte su secuencia objetivo con mayor precisi\u00f3n. Los ancestros de TnpB, cuando se dirigen a una secuencia de ADN en un tubo de ensayo, se activan y cortan otras secuencias en el tubo. Los fanzors carecen de esta actividad promiscua. Cuando utilizaron una gu\u00eda de ARN para dirigir las enzimas a cortar sitios espec\u00edficos en el genoma de las c\u00e9lulas humanas, descubrieron que ciertos Fanzors pod\u00edan cortar estas secuencias objetivo con aproximadamente un 10 a un 20% de eficiencia.<\/p>\n\n\n\n
Con m\u00e1s investigaciones, Abudayyeh y Gootenberg esperan que se pueda desarrollar una variedad de herramientas sofisticadas de edici\u00f3n del genoma a partir de Fanzors. “Es una plataforma nueva y tienen muchas capacidades”, dice Gootenberg.<\/p>\n\n\n\n
“Abrir todo el mundo eucariota a este tipo de sistemas guiados por ARN nos dar\u00e1 mucho en qu\u00e9 trabajar”, a\u00f1ade Abudayyeh.<\/p>\n\n\n\n