Si bien los científicos pueden leer el ADN rápidamente, editarlo y escribirlo no es tan fácil. El aumento de la velocidad de edición y escritura de secuencias de ADN será crucial para dar paso a nuevas aplicaciones de la ingeniería genómica.

Gran parte de la biotecnología gira en torno a la ingeniería inversa de los diseños que miles de millones de evoluciones han unido. Para ello, las empresas necesitan herramientas con las que podamos leer y escribir el lenguaje de la vida. Después de algunas décadas de desarrollo, las tecnologías de secuenciación de ADN se están volviendo más baratas y rápidas que nunca, lo que nos permite leer grandes cantidades de información genética. tecnicas escribir y editar este lenguaje por el contrario, son relativamente más nuevos, más caros y más lentos.

Las tecnologías de edición y síntesis de ADN permiten a los biotecnólogos realizar cambios precisos en el genoma o sintetizar genes desde cero. Estas tecnologías son la columna vertebral de una nueva Paradigma de la biología sintética que busca avanzar en la ingeniería genética más allá del paradigma de copiar y pegar de los primeros OMG. Sin embargo, la lentitud de las tecnologías de escritura y edición de ADN representa un cuello de botella para esta transición más que cualquier otra cosa.

Multiplexación con edición de genes CRISPR

Para los investigadores que estudian la función de los genes, las tecnologías de edición de genes ofrecen una forma de apuntar a sitios específicos en el genoma. Sin embargo, la mayoría de las enfermedades están determinadas por varios genes.

Durante la última década, los investigadores han puesto CRISPR-Cas9 Edición de genes para su uso en una variedad de aplicaciones de ingeniería genómica. La herramienta de edición de genes se puede orientar a ubicaciones específicas en el genoma mediante el uso de moléculas guía de ARN que coincidan con la secuencia objetivo e instruyendo a la enzima Cas9 para que corte el ADN. Esto permite Edición de genes multiplexque consiste en procesar múltiples sitios simultáneamente al proporcionar múltiples moléculas de ARN guía diferentes al mismo tiempo.

La empresa suiza de biotecnología Cytosurge, por ejemplo, utiliza la edición de genes multiplexada para generar líneas celulares para bioprocesos y terapias celulares y génicas. El CSO de Cytosurge, Tobias Beyer, describió la tecnología de la compañía como “una combinación de microscopía de fuerza atómica y fluídica. La precisión de esta tecnología hace posible entregar la misma cantidad de proteína Cas9 y ARN guía por célula. Debido a que puede controlar la cantidad de Cas9 que ingresa al núcleo, puede usar tan poco como sea necesario para hacer los cortes”.

Reducir la cantidad de ARN guía y proteína Cas9 que ingresa a la célula puede reducir la probabilidad de ediciones fuera del objetivo. Según Beyer, si desea producir una proteína con un cultivo de células editadas genéticamente, no importa qué efectos fuera del objetivo encuentre, siempre que obtenga la proteína que desea con la mayor pureza. Sin embargo, al examinar cómo ciertos cambios genéticos afectan el comportamiento de una célula, estos efectos fuera del objetivo pueden sesgar gravemente los resultados.

Modulación de la expresión de múltiples genes

La edición de genes va más allá de apagar o introducir uno o más genes. La modulación de la activación de los genes permite a los investigadores estudiar muchas más interacciones entre los genes y sus factores de transcripción.

“Además de las modificaciones del genoma multiplexado, hemos desarrollado tecnologías basadas en CRISPR que activan o interrumpen la expresión génica. Estos no cortan el ADN y son ideales para la multiplexación”, dijo Emily Anderson, científica principal de Horizon Discovery, una empresa con sede en el Reino Unido que brinda servicios de edición y modulación de genes.

«La capacidad de editar o modular múltiples genes simultáneamente ofrece enormes beneficios para los investigadores que buscan modelar y desarrollar terapias para panoramas de enfermedades complejas que van más allá de las enfermedades monogenéticas como la fibrosis quística o la anemia de células falciformes».

La edición de genes multiplexados también se puede aplicar al desarrollo de terapias génicas y celulares, incluidas las inmunoterapias con células CAR-T. La multiplexación también acelera el desarrollo de líneas celulares modificadas genéticamente en comparación con el procesamiento de una en una. “Para las células inmortalizadas, el proceso de selección y caracterización clonal es tedioso, lo que resulta en escalas de tiempo largas. Pasarlo una vez ya es bastante difícil, y pasarlo varias veces empeora el problema”. Anderson me dijo.

Sintetizar secuencias largas de ADN

La biología sintética es la base de muchas aplicaciones biotecnológicas. Algunos ejemplos son la investigación médica o Uso del ADN como almacén de datos. Sin embargo, una limitación importante en este campo de investigación es que las tecnologías tradicionales de síntesis de ADN no son capaces de escribir secuencias de ADN de unos pocos cientos de nucleótidos de longitud.

“La forma tradicional de sintetizar el ADN como una serie de reacciones químicas, agregando una base a la siguiente paso a paso, tiene una cierta tasa de error y limita la longitud de las moléculas de ADN que se pueden formar. La otra forma es usar enfoques enzimáticos, pero también están limitados en la producción de cadenas largas de ADN”. dijo Marc Brehme, CTO de Ribbon Biolabs. Esta startup de biotecnología austriaca utiliza ensamblaje paralelo múltiplex para crear largas hebras de ADN sintético.

«La tasa de error con los métodos químicos convencionales de adición de bases es acumulativa y se acumula cuanto más tiempo se hace la molécula», Brehme me dijo. Ribbon Biolabs utiliza la síntesis convencional para hacer múltiples cadenas cortas a la vez, luego las une para formar largas cadenas de ADN con una tasa de error mínima.

“Con cada paso, duplicamos la longitud de la molécula. Hacemos esto de una manera muy controlada, delimitada y altamente paralelizada utilizando la automatización robótica automatizada”.

Ribbon Biolabs ya ha sintetizado el genoma completo de pequeños virus bacteriófagos. “Actualmente, 20 kilobases es lo más largo que hemos hecho. Estamos realmente enfocados en escalar esta tecnología después de eso. nuestro Inversión Serie A. Ahora estamos construyendo una planta de fabricación, expandiéndonos a los EE. UU. y llevando la tecnología al mercado». dijo Brehme.

Combinación de edición de genes multiplex y síntesis de genes

Una de las principales aplicaciones de la multiplexación es crear grandes bibliotecas de ADN para ejecutar experimentos que involucren miles de secuencias simultáneamente. Esto proporciona datos de alto rendimiento sobre cómo el genotipo se correlaciona con el fenotipo. “Si hacemos una molécula de ADN, hacer una variante solo requeriría cambiar una pequeña parte del proceso. Podemos generar muchas variantes en paralelo usando el método multiplex», Brehme me dijo.

Por otro lado, las lecciones aprendidas de la edición de genes pueden usarse para corregir errores en la síntesis de ADN. Por ejemplo, se pueden usar editores de base, una herramienta de ingeniería del genoma que hace mutaciones de una sola base. arreglar error Surge durante la producción de cadenas largas de ADN sintético.

Finalmente, la combinación de edición de genes multiplex y síntesis de ADN largo abre caminos emocionantes en biotecnología. Piense, por ejemplo, en el desarrollo rápido y basado en las necesidades de terapias personalizadas. Además, puede evolucionar grandes genomas eucarióticosincluidos los genomas de mamíferos, será fundamental para avanzar en proyectos a escala genómica como

DEJA UNA RESPUESTA

Por favor ingrese su comentario!
Por favor ingrese su nombre aquí