El proceso de programación genética
Científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) han descubierto un método nuevo y más eficiente de edición del genoma, lo que trae buenas noticias a los investigadores de ingeniería genética y genoma. Los microorganismos modificados genéticamente (como bacterias y hongos) desempeñan un papel clave en el desarrollo de bioenergía y fármacos, y los resultados de esta investigación pueden ser de gran ayuda para los científicos.
El equipo de investigación del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley descubrió un ARN bicatenario que puede guiar a las proteínas bacterianas para cortar ADN extraño en sitios específicos y transformar este ARN bicatenario en ARN monocatenario. proteínas bacterianas para cortar casi todas las secuencias de ADN. El artículo fue publicado en la revista Science.
La escisión del ADN bicatenario guiada por ARN descubierta por los investigadores está en el corazón del sistema inmunológico adaptativo bacteriano. Las bacterias y las arqueas se enfrentan a ataques constantes de virus y plásmidos, y los microorganismos han adoptado un sistema inmunológico con CRISPR (repeticiones palindrómicas cortas agrupadas y regularmente espaciadas) como núcleo para sobrevivir. Las bacterias y arqueas pueden utilizar pequeñas moléculas de ARNcr (ARN derivado de CRISPR) para unirse a CRISPR y a los objetivos de la proteína Cas endonucleasa relacionada (proteína asociada a CRISPR) y destruir el ADN de virus y plásmidos invasores.
Existen tres tipos principales de sistemas inmunológicos CRISPR/Cas. Los investigadores aquí estudian el sistema inmunológico CRISPR/Cas tipo II que depende completamente de la familia de endonucleasas Cas9 para atacar y cortar el ADN extraño. La investigación ha descubierto que en este sistema, el ARNcr se combina con el ARNtracr (ARN transactivador) mediante el emparejamiento de bases para formar ARN bicatenario. Este complejo binario tracrRNA:crRNA dirige la proteína Cas9 para que escinda el ADN bicatenario en sitios específicos a los que se dirige la secuencia guía del crRNA. En un sitio complementario a la secuencia guía del ARNcr, el dominio de nucleasa HNH de la proteína Cas9 escinde la hebra complementaria y el dominio tipo Cas9 RuvC escinde la hebra no complementaria. (Vea la imagen de la derecha)
Los investigadores transformaron este complejo binario tracrRNA:crRNA en una quimera de ARN monocatenario, que también puede dirigir la proteína Cas9 para cortar el ADN bicatenario en sitios específicos. El complejo tracrRNA:crRNA se une a la proteína Cas9 y guía la proteína Cas9 a una secuencia de ADN específica a través del emparejamiento de bases de crRNA con el ADN objetivo. Los microorganismos cortan y destruyen virus y plásmidos a través de este mecanismo, y este sistema también se puede utilizar para atacar genomas. El ADN objetivo se modifica.
Los investigadores están profundizando en los detalles de este empalme guiado por ARN y probando si el sistema funciona en eucariotas como hongos, nematodos, plantas y células humanas.
Se espera que este mecanismo se convierta en una nueva herramienta eficaz para la modificación del genoma. La modificación programable del genoma guiada por ARN abre una nueva forma de edición del genoma.
Tijeras de ADN programables: el ARN bicatenario descubierto por el sistema inmunológico bacteriano guía a Cas9 para cortar el ADN invasor en sitios específicos. La modificación artificial de este ARN bicatenario se puede utilizar para la edición del genoma.
Resumen original de la revista Science:
Una endonucleasa de ADN programable dual guiada por ARN en la inmunidad bacteriana adaptativa
Los sistemas CRISPR/Cas proporcionan a las bacterias y arqueas inmunidad adaptativa contra virus y plásmidos mediante el uso de crRNA para guiar el silenciamiento de ácidos nucleicos invasores. Aquí mostramos que en un subconjunto de estos sistemas, las bases del crRNA maduro emparejadas con el tracrRNA transactivador forman una estructura de dos ARN que dirige la proteína Cas9 asociada a CRISPR. para introducir roturas de doble hebra (ds) en el ADN objetivo en sitios complementarios a la secuencia guía de ARNcr, el dominio de nucleasa Cas9 HNH escinde la hebra complementaria mientras que el dominio tipo Cas9 RuvC escinde la hebra no complementaria. , cuando se diseña como una única quimera de ARN, también dirige la escisión de ADN ds Cas9 de secuencia específica. Nuestro estudio revela una familia de endonucleasas que utilizan ARN duales para la escisión de ADN de un sitio específico y destaca el potencial de explotar el sistema para la edición del genoma programable por ARN.