Tiempo y orden de eventos moleculares registrados en células vivas’ ADN
ARRIBA: ISTOCK, ROCCOMONTOYA
Investigadores del MIT han diseñado Escherichia coli y células humanas para que puedan registrar múltiples eventos moleculares, así como el tiempo y el orden en que suceden. El enfoque, que describen en Molecular Cell hoy (22 de agosto), incorpora tecnología de edición básica y esencialmente explota la capacidad de codificación del ADN para el almacenamiento, recuperación y procesamiento de información específica definida por el usuario.
“Este es un uso muy inteligente de la edición básica para leer [y] escribir información dentro de las células vivas” el ingeniero biológico Randall Platt del Instituto Federal Suizo de Tecnología en Zúrich escribe en un correo electrónico a The Scientist. «Su sistema parece robusto y poderoso y abrirá puertas para aplicaciones en la escritura de ADN, como el registro molecular y la biología sintética en general».
Convertir las células en registradores moleculares, lo que significa que están genéticamente programadas para producir alteraciones permanentes en su ADN en respuesta a eventos moleculares particulares: ha…
Las tecnologías de registro molecular anteriores han utilizado enzimas CRISPR o recombinasas para insertar, voltear o mutar segmentos de ADN particulares, pero Lu y sus colegas ahora han usó una técnica relacionada con CRISPR llamada edición de bases para hacer cambios de un solo par de bases. Las mutaciones más pequeñas y precisas significan que hay una mayor capacidad de almacenamiento de información y que los cambios en sí mismos pueden leerse como instrucciones para otras funciones posteriores, dice Reza Kalhor, que estudia registro molecular en el Instituto Wyss de la Universidad de Harvard y que no participó en el estudio. trabajar. La edición de bases es una herramienta como un bisturí, agrega.
En el nuevo sistema de Lu y sus colegas, las unidades básicas de operación son dos tipos de secuencias genéticas: una que codifica un ARN guía específico (ARNg) bajo el control de un promotor inducible, siendo el inductor cualquier evento molecular que el usuario desee grabar en el ADN, y otro que codifica una enzima de edición de bases fusionada con una enzima CRISPR-Cas9 libre de nucleasas (a la que se une el ARNg). Las secuencias genéticas se transfectan en células y, cuando esas células se exponen al inductor, se expresa la secuencia de ARNg, el ARN se une a la proteína de fusión del editor de base Cas9 y luego la transporta a la secuencia de ADN objetivo (una coincidencia para el ARNg). ) para editar. Las ediciones, o grabaciones, se pueden analizar posteriormente mediante secuenciación de ADN.
En su formato más simple, el sistema se puede usar para mutar un sitio objetivo en respuesta a una señal ambiental elegida, pero el sistema también se puede modificar fácilmente. y ampliado enormemente, dice Lu. Por ejemplo, una selección de gRNA, cada uno impulsado por un inductor particular, podría usarse para registrar múltiples señales a la vez. Además, los gRNA se pueden diseñar para reconocer secuencias de ADN objetivo solo después de la modificación por otras ediciones impulsadas por gRNA. Puede diseñar los ARN guía CRISPR de tal manera que tenga que editar uno antes de que pueda suceder la edición dos, antes de la edición tres, explica Lu. Es por eso que llamamos al sistema DOMINO, que significa Operador de Red de Iteración y Memoria Ordenada basada en ADN. Esta acción dependiente de la edición se puede usar para determinar el orden e incluso el tiempo de múltiples señales.
Para determinar el tiempo, se pueden organizar matrices de secuencias objetivo repetidas en el ADN de las células de tal manera que, inicialmente, el reclutamiento del editor base solo es posible para el primer objetivo (solo este tiene exactamente la secuencia correcta). Este primer acto de reclutamiento del editor crea el cambio de base necesario en el objetivo adyacente, que el editor superpone, para permitir el reconocimiento de objetivos y el cambio de base necesario en el siguiente objetivo, y así sucesivamente. El paso del tiempo se registra como el número de ediciones acumuladas a lo largo de la matriz. Tener conjuntos de objetivos para un inductor seguido de objetivos para un segundo permite registrar tanto el tiempo como el orden. El equipo demuestra la viabilidad de estos diversos enfoques en conjuntos de experimentos con E. coli y células humanas.
Aunque los experimentos hasta ahora fueron pruebas de principio, es emocionante pensar en las posibles aplicaciones para tal programación de cambios sofisticados de ADN específicos de la condición que resultan en resultados persistentes, escribe el bioingeniero Adam Arkin de la Universidad de California, Berkeley, en un correo electrónico a The Scientist.
El próximo paso para esta investigación y la innovación descrita aquí es traducir en el registro de señales biológicas de relevancia e importancia, agrega Kalhor.
F. Farzadfard et al., Memoria y computación con resolución de un solo nucleótido en células vivas, Molecular Cell, 75: P769-780.E4 , 2019.
Ruth Williams es una periodista independiente que vive en Connecticut. Envíele un correo electrónico a ruth@wordsbyruth.com o encuéntrela en Twitter @rooph.
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