CRISPR

Sep 02, 2023

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Gran parte de los diminutos rotíferos nadadores los convierte en sujetos de estudio ideales. Aunque apenas son visibles a simple vista, estos animales transparentes y sus entrañas se pueden observar fácilmente con un microscopio. Es más, crecen fácilmente en cultivos de laboratorio, lo que ofrece a los científicos una perspectiva que de otro modo sería difícil de obtener desde su rincón del reino animal.

Sin embargo, si bien muchos grupos de investigación han utilizado los rotíferos de forma experimental durante más de un siglo, los científicos hasta ahora han carecido de la capacidad de manipular fácilmente la genética de los rotíferos, lo que impone un límite estricto a los experimentos que pueden realizar con estos animales.

Un esfuerzo conjunto de Kristin Gribble y David Mark Welch en el Laboratorio de Biología Marina (MBL) ha superado este desafío al idear un método para alterar con precisión los genomas de los rotíferos utilizando el sistema de edición de genes CRISPR-Cas9. En experimentos descritos en PLOS Biology, su equipo editó dos genes y añadió una secuencia genética para producir cambios que los rotíferos transmitieron de generación en generación.

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"Nuestro método resulta ser una forma muy práctica de generar una gran cantidad de rotíferos genéticamente alterados con bastante rapidez", dijo Mark Welch, científico senior de MBL y director del Centro Josephine Bay Paul de Biología Molecular Comparada y Evolución.

Este avance no sólo beneficiará a su laboratorio y al de Gribble, que utiliza rotíferos para estudiar la biología del envejecimiento, los mecanismos de reparación del ADN y otras cuestiones fundamentales, sino que "abrirá el campo para permitir que más personas trabajen con estos animales", dijo Mark Welch. .

Ciertos seres vivos (la bacteria E. coli, las moscas de la fruta y los ratones, por ejemplo) se han consolidado como organismos modelo que los científicos utilizan habitualmente en la investigación. Sin embargo, en conjunto no representan adecuadamente toda la diversidad de la vida.

El equipo de MBL pretende añadir los rotíferos a este grupo de organismos genéticamente manejables porque, como pequeños invertebrados con estrechos vínculos con los ancestros de los animales modernos, ofrecen una perspectiva importante sobre la evolución, el desarrollo y otros aspectos de la biología.

Para desarrollar rotíferos como organismos modelo, los investigadores necesitan la capacidad de modificar los genomas de estos animales. En 2017, la directora interina de MBL, Melina Hale, de la Universidad de Chicago, proporcionó a Gribble y Mark Welch fondos para idear un método para hacerlo utilizando CRISPR-Cas9. El objetivo de cultivar una mayor variedad de organismos modelo se formalizó posteriormente como la iniciativa Nuevos Organismos de Investigación de MBL.

CRISPR-Cas9, que ahora se utiliza ampliamente en la investigación, realiza cortes precisos dentro del ADN, que los investigadores utilizan para desactivar o alterar genes. Pero primero deben introducir el sistema CRISPR en los animales.

Los rotíferos, motas del tamaño de un fino aserrín que se mueven en el agua, constituyen objetivos inusualmente desafiantes. Después de muchos intentos infructuosos de mantenerlos quietos, el primer autor Haiyang Feng, entonces científico postdoctoral en MBL, ideó una solución: sumergiéndolos en una solución de alta viscosidad y administrándoles un bajo nivel de anestésico, ralentizó a los animales lo suficiente como para agarrarlos. uno por uno con una ligera succión a través de una aguja hueca.

Con el animal, siempre hembra, en su lugar, inyectó el sistema de edición de genes en la parte de su cuerpo que suministra nutrientes a los huevos. La descendencia que nació de estos huevos portaba las mutaciones, que transmitían a su descendencia.

De esta forma, el equipo inactivó vasa, un gen crucial para el desarrollo animal, provocando que los rotíferos dejaran de reproducirse al cabo de unas pocas generaciones. Al desactivar un segundo gen, mlh3, impidieron que los rotíferos produjeran descendencia masculina. Y, finalmente, al agregar una sección de código genético que contiene instrucciones de "detener" en mlh3, lograron el mismo efecto.

Ambos investigadores tienen la intención de utilizar el método basado en CRISPR para alterar genéticamente los rotíferos para su propia investigación. Como parte de su trabajo para explorar cómo la edad de las madres puede afectar los rasgos de sus hijos, Gribble, científica asociada de MBL, está investigando el papel de las mitocondrias, el componente de las células que produce energía. El nuevo enfoque le permitirá etiquetar o alterar las mitocondrias. Mientras tanto, Mark Welch planea usarlo para explorar los mecanismos moleculares detrás de la capacidad de una especie de rotífero para revivir después de secarse por completo, incluida la forma en que reparan el daño a su ADN.

Estudios como estos son sólo el comienzo. "Esta nueva herramienta, junto con la facilidad de criar rotíferos en el laboratorio, permitirá utilizarlos para responder muchas preguntas en las que ni siquiera estamos pensando todavía", dice Gribble.

Referencia: Feng H, Bavister G, Gribble KE, Mark Welch DB. Edición de genes mediada por CRISPR altamente eficiente en un rotífero. Hejnol A, ed. PLoS Biol. 2023;21(7):e3001888. doi: 10.1371/journal.pbio.3001888

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