Una toxina bacteriana habilita el primer editor de genes mitocondriales

Una proteína secretada por bacterias para matar a otros microbios fue rediseñada para modificar el ADN inaccesible para otros editores de genes. La investigación fue publicada online en la revista Nature. Este avance allana el camino para poder algún un día “arreglar” mutaciones en las mitocondrias. Esos orgánulos productores de energía se heredan y tienen su propio ADN, distinto de la información genética, de ambos padres, que se almacena en el núcleo de una célula.

Las mutaciones en el ADN mitocondrial causan más de 150 síndromes distintos. No existen curas para estas enfermedades y actualmente, la única forma de evitar que un niño herede mitocondrias disfuncionales es un controvertido método de “bebé de tres padres” (SN: 14/12/16). Esta técnica de fertilización in vitro requiere mitocondrias de un óvulo donante, además de la información genética de una madre y un padre.

Un enfoque para desarrollar curas para enfermedades genéticas es la edición de genes, una técnica que realiza cambios directamente en el ADN. El editor de genes más famoso, CRISPR / Cas9 es una tijera molecular que corta el ADN. Los investigadores también han utilizado previamente moléculas llamadas TALEN para cortar el ADN mitocondrial en ratones y eliminar los orgánulos defectuosos (SN: 23/4/15). Una tecnología más nueva, llamada editores de bases, fija proteínas que pueden cambiar las bases de ADN, representadas por las letras A, C, G y T, a una versión modificada de la proteína Cas9 asociada a CRISPR (SN: 25/10/17). Estos editores transforman químicamente una base de ADN en otra, esencialmente arreglando errores tipográficos que pueden provocar enfermedades. Sin embargo, esta tecnología solo funciona en el ADN de los núcleos, no en las mitocondrias.

La toxina secretada por la bacteria Burkholderia cenocepacia demostró inesperadamente ser la solución necesaria para crear un editor de base amigable con las mitocondrias. Marcos de Moraes, microbiólogo de la Universidad de Washington en Seattle, dedujo que la toxina mataba las bacterias al causar mutaciones disruptivas en el ADN. Pero durante meses, no pudo desenredar cómo funcionaba el proceso a nivel molecular. Estaba a punto de abandonar el proyecto cuando un solo experimento hizo que todo encajara.

Al principio sospechó que la proteína de la toxina se unía al ADN y modificó una letra de ADN, la citosina (C), por lo que se parecía a una diferente, la timina (T). Estos errores tipográficos intencionales de ADN fueron los que derribaron a las víctimas de la toxina. Pero lo que De Moraes aprendió de ese fatídico experimento fue que, a diferencia de todas las otras proteínas convertidoras de citosina, la toxina realizó cambios en el ADN bicatenario en lugar del ADN monocatenario.

Esto parece una diferencia menor, pero tiene implicaciones importantes. Hasta ahora, los editores de bases han utilizado proteínas como Cas9 para separar el ADN objetivo en cadenas individuales antes de realizar un cambio. Pero los fragmentos de ARN necesarios para la función de estas proteínas no pueden ingresar a las mitocondrias. Un editor base basado en la toxina de B. cenocepacia, que funciona en ADN bicatenario, ya no necesitaría depender de Cas9.

La posibilidad de desarrollar una herramienta amigable con las mitocondrias estimuló las conversaciones con David Liu, un biólogo químico e investigador del HHMI en la Universidad de Harvard y el Instituto Broad del MIT y Harvard.

La nueva enzima convertidora de citosina, sin embargo, fue tan letal para las células de mamíferos como para las presas bacterianas. El primer paso para “domesticarla” fue modificar la toxina para que no solo estropeara indiscriminadamente el ADN bicatenario, dice Liu. Los investigadores dividieron la proteína en mitades no tóxicas; las dos piezas cambiaron la citosina a timina solo cuando se unieron en el mismo lugar del ADN.

Para dirigir la actividad de las mitades de la enzima, los investigadores adjuntaron proteínas TALE, piezas cortas de proteína que podrían elegirse para atacar segmentos específicos de ADN. En experimentos de cultivo celular, el editor mitocondrial convirtió con éxito la citosina en timina en las ubicaciones previstas de ADN mitocondrial, con eficiencias que van del 5 al 49 por ciento.

El trabajo futuro tendrá como objetivo mejorar la eficiencia, desarrollar nuevos tipos de editores mitocondriales que puedan producir otros cambios en la base del ADN y ver si la edición de genes mitocondriales funciona en animales.

“Este es solo el primer paso”, sostiene Shoukhrat Mitalipov, biólogo mitocondrial de la Universidad de Ciencias y Salud de Oregón en Portland, Estados Unidos, que no participó en el trabajo. “Pero en la dirección correcta”.

Artículo original: https://www.sciencenews.org/article/mitochondria-gene-editing-bacterial-toxin-crispr

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