Ilustración CRISPR. Crédito:Institutos Nacionales de Salud
El sistema de activación de genes multiplexados permite de cuatro a seis veces la capacidad de activación de la tecnología CRISPR actual, con activación simultánea de hasta siete genes a la vez.
En una nueva investigación publicada en Nature Plants , Yiping Qi, profesor asociado de Ciencias de las Plantas en la Universidad de Maryland (UMD), presenta un sistema CRISPR 3.0 nuevo y mejorado en plantas, que se centra en la activación de genes en lugar de la edición de genes tradicional. Este sistema CRISPR de tercera generación se enfoca en la activación de genes multiplexados, lo que significa que puede impulsar la función de múltiples genes simultáneamente.
Según los investigadores, este sistema cuenta con una capacidad de activación de cuatro a seis veces mayor que la tecnología CRISPR de última generación actual, lo que demuestra una alta precisión y eficiencia en hasta siete genes a la vez. Si bien CRISPR es más conocido por sus capacidades de edición de genes que pueden eliminar genes que no son deseables, la activación de genes para obtener funcionalidad es esencial para crear mejores plantas y cultivos para el futuro.
“Si bien mi laboratorio ha producido sistemas para la edición simultánea de genes [edición multiplexada] antes, la edición se trata principalmente de generar pérdida de función para mejorar el cultivo”, explica Qi. “Pero si lo piensas bien, esa estrategia es finita, porque no hay un sinfín de genes que puedas apagar y aún así ganar algo valioso. Lógicamente, es una forma muy limitada de diseñar y reproducir mejores rasgos, mientras que la planta ya puede haber evolucionado para tener diferentes vías, mecanismos de defensa y rasgos que solo necesitan un impulso. A través de la activación, realmente puede mejorar las vías o mejorar la capacidad existente, incluso lograr una función novedosa. En lugar de apagar todo, puede aprovechar la funcionalidad que ya existe en el genoma y mejorar lo que sabe que es útil”.
En su nuevo artículo, Qi y su equipo validaron el sistema CRISPR 3.0 en arroz, tomates y Arabidopsis (la especie de planta modelo más popular, comúnmente conocida como berro). El equipo demostró que se pueden activar simultáneamente muchos tipos de genes, incluida una floración más rápida para acelerar el proceso de reproducción. Pero esta es solo una de las muchas ventajas de la activación multiplexada, dice Qi.
“Tener un proceso mucho más optimizado para la activación multiplexada puede proporcionar avances significativos. Por ejemplo, esperamos usar esta tecnología para examinar el genoma de manera más efectiva y eficiente en busca de genes que puedan ayudar en la lucha contra el cambio climático y el hambre global. Podemos diseñar, adaptar y rastrear la activación de genes con este nuevo sistema a mayor escala para detectar genes de importancia, y eso será muy útil para el descubrimiento y la ciencia traslacional en las plantas”.
Dado que CRISPR generalmente se considera como "tijeras moleculares" que pueden cortar el ADN, este sistema de activación utiliza CRISPR-Cas9 desactivado que solo puede unirse. Sin la capacidad de cortar, el sistema puede enfocarse en reclutar proteínas de activación para genes específicos de interés al unirse a ciertos segmentos de ADN. Qi también probó su variante SpRY de CRISPR-Cas9 que amplía en gran medida el alcance de lo que se puede seleccionar para la activación, así como una forma desactivada de su reciente sistema CRISPR-Cas12b para mostrar versatilidad en todos los sistemas CRISPR. Esto muestra el gran potencial de expandirse para la activación multiplexada, que puede cambiar la forma en que funciona la ingeniería del genoma.
“La gente siempre habla de cómo las personas tienen potencial si puedes nutrir y promover sus talentos naturales”, dice Qi. “Esta tecnología es emocionante para mí porque estamos promoviendo lo mismo en las plantas:¿cómo se puede promover su potencial para ayudar a las plantas a hacer más con sus capacidades naturales? Eso es lo que puede hacer la activación de genes multiplexados, y nos brinda muchas oportunidades nuevas para el mejoramiento y mejoramiento de cultivos”.
Referencia:"CRISPR–Act3.0 para la activación de genes multiplexados altamente eficientes en plantas" por Changtian Pan, Xincheng Wu, Kasey Markel, Aimee A. Malzahn, Neil Kundagrami, Simon Sretenovic, Yingxiao Zhang, Yanhao Cheng, Patrick M. Shih y Yiping Qi, 24 de junio de 2021, Naturaleza Plantas .
DOI:10.1038/s41477-021-00953-7
Este trabajo está financiado por Fundación Nacional de Ciencias , Premio n.° 1758745 y n.° 2029889.
