Construyen la 'grabadora' más pequeña del mundo dentro de una bacteria viva

Imagen conceptual del sistema de registro TRACE CRISPR. /Ravi Sheth 

Científicos han descubierto cómo usar el sistema CRISPR-Cas para hackear el sistema inmune de una bacteria yque sirva como el equivalente de una grabadora de cassette molecular. Al responder a los cambios químicos en el entorno y luego marcarlos en el ADN, la tecnología allana el camino para dispositivos de monitoreo de vida que podrían usarse en pantallas de salud o para analizar contaminantes en los ecosistemas. Esto permitirá realizar un seguimiento de, por ejemplo, cambios en el metabolismo y el nivel de la expresión de los genes, y distinguir las líneas celulares por las características de los procesos bioquímicos. El estudio se publica en la revista Science.

Los científicos aprovecharon las característcas del sistema CRISPR y desarrollaron una tecnología, llamada TRACE. La tecnología se basa en el siguiente principio: pequeñas porciones de ADN, llamados espaciadores de activación se graban secuencialmente en el CRISPR-cassette bajo la influencia de ciertas señales, y cuando no hay señal se graban los espaciadores de referentes en el ritmo habitual de la célula. Tras leer el cassette, se puede detectar cuándo y en qué espaciador está incorporado, y de esta manera comprender qué cambios se han producido en la célula a lo largo del tiempo.

Los espaciadores de activación aparecen en la célula debido a plásmidos artificiales especiales (moléculas circulares de ADN que llevan varios genes que pueden autorreplicarse). Fueron diseñados de tal manera que durante aumento del nivel de la molécula de señalización aumentó la expresión de la proteína responsable de la replicación del plásmido, el cual, a su vez, aumentó significativamente la cantidad de plásmidos de este tipo en la célula. Asegurándose de que este sistema funciona, los científicos también fabricaron otros plásmidos, con genes que codifican las proteínas Cas1 y Cas2. Estas proteínas son responsables de la inserción de nuevos espaciadores en CRISPR. La expresión de estos genes también se controló con la ayuda de ciertas moléculas de señalización. La activación de la expresión de genes del segundo tipo (es decir, la síntesis Cas1 y CAS2) determinó la incorporación con éxito en CRISPR-cassette un número significativo de espaciadores del primer tipo de plásmidos.

Los científicos integraron los espaciadores a la cinta a diferentes velocidades, y para tener en cuenta estas diferencias, crearon un modelo analítico que permite calcular la probabilidad de integración de varios espaciadores en ciertas posiciones durante la aparición o ausencia de señal. Después de probar la tecnología en Escherichia coli, descubrieron que el sistema TRACE permite seguir con éxito la adición y supresión del reactivo isopropil-β-D-1-tiogalactopiranósido, IPTG, en el tiempo. Después ampliaron el experimento, forzando al sistema en tres tipos diferentes de células, a reaccionar a tres tipos diferentes de señales biológicas en tres días. Como señales, se usaron el cobre, la trehalosa y la fucosa, que aparecieron en el medio en diferentes momentos en diferente orden. El sistema grabó literalmente la secuencia correspondiente en CRISPR y luego este registro se pudo leer con la ayuda de la secuencia y el descifrado, utilizando el modelo analítico.

Grabación secuencial de tres tipos de señales. /Ravi U. Sheth et al / Science, 2017

Los científicos creen que el nuevo sistema, que graba secuencialmente lo que sucede en una célula, puede utilizarse para estimaciones temporales de la expresión génica y los procesos metabólicos. La velocidad de grabación también se puede editar cambiando el trabajo de las proteínas Cas. Los científicos planean mejora aún más el sistema, haciéndolo más preciso y sensible. Habiendo alcanzado un cierto grado de sensibilidad, será posible registrar cambios incluso dentro de las células individuales.

Anna Kaznadzei

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