La nueva herramienta CRISPR acelera y optimiza la edición genética.

Publicado originalmente por April Wendling, Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, el 13 de febrero de 2024

 

CRISPR-COPIES tiene aplicaciones en la caracterización de herramientas de biología sintética, la terapia génica y la ingeniería metabólica. Crédito: Aashutosh Boob et al.

Los sistemas CRISPR/Cas han experimentado un enorme avance en la última década. Estas precisas herramientas de edición del genoma tienen aplicaciones que van desde el desarrollo de cultivos transgénicos a la terapia génica y más allá. Y con el reciente desarrollo de CRISPR-COPIES, los investigadores del Centro de Innovación en Bioenergía y Bioproductos Avanzados (CABBI) están mejorando aún más la versatilidad y facilidad de uso de CRISPR.

"CRISPR-COPIES es una herramienta capaz de identificar rápidamente los lugares de integración cromosómica adecuados para la ingeniería genética en cualquier organismo", afirmó Huimin Zhao, responsable de conversión del CABBI y titular de la cátedra Steven L. Miller de Ingeniería Química y Biomolecular (ChBE) de la Universidad de Illinois.

"Acelerará nuestro trabajo en la ingeniería metabólica de levaduras para la producción a un menor coste de productos químicos y biocombustibles".

La edición de genes ha revolucionado la capacidad de los científicos para comprender y manipular la información genética. Esta forma de ingeniería genética permite a los investigadores introducir nuevos rasgos en un organismo, como la resistencia a las plagas o la capacidad de producir una sustancia bioquímica valiosa.

Con los sistemas CRISPR/Cas, los investigadores pueden realizar ediciones genéticas precisas y selectivas. Sin embargo, la localización de los lugares óptimos de integración en el genoma para estas modificaciones ha sido un problema crítico y en gran medida sin resolver. Históricamente, cuando los investigadores necesitaban determinar hacia dónde debían dirigir sus ediciones, solían buscar manualmente los posibles sitios de integración y, a continuación, probaban el sitio integrando un gen reportero para evaluar su idoneidad celular y los niveles de expresión génica. Es un proceso que exige mucho tiempo y recursos.

Para hacer frente a este reto, el equipo de CABBI desarrolló CRISPR-COPIES, un proceso computacional para la identificación de sitios de integración facilitados por CRISPR/Cas. Esta herramienta puede identificar sitios de integración neutros en todo el genoma para la mayoría de los genomas bacterianos y fúngicos en dos o tres minutos.

"Encontrar manualmente el sitio de integración en el genoma es como buscar una aguja en un pajar", explica Aashutosh Boob, estudiante de doctorado de ChBE en la Universidad de Illinois y autor principal del estudio. "Sin embargo, con CRISPR-COPIES, transformamos el pajar en un espacio de búsqueda, lo que permite a los investigadores localizar de forma eficiente todas las agujas que se ajustan a sus criterios específicos".

En su artículo publicado en Nucleic Acids Research, los investigadores demostraron la versatilidad y escalabilidad de CRISPR-COPIES caracterizando los sitios de integración en tres especies diversas: Cupriavidus necator, Saccharomyces cerevisiae y células HEK 293T. Utilizaron los sitios de integración hallados por CRISPR-COPIES para diseñar células con una mayor producción de ácido 5-aminolevulínico, un valioso bioquímico que tiene aplicaciones en la agricultura y la industria alimentaria.

Además, el equipo ha creado una interfaz web de fácil manejo para CRISPR-COPIES. Esta aplicación increíblemente accesible puede ser utilizada por investigadores incluso sin grandes conocimientos de bioinformática.

Uno de los principales objetivos de CABBI es la ingeniería de levaduras no-modelo para producir productos químicos y combustibles a partir de biomasa vegetal. Sin embargo, la producción económica a gran escala de biocombustibles y productos biológico a partir de materias primas de bajo coste es un reto debido a la falta de herramientas genéticas y a lo engorroso de los métodos tradicionales de edición del genoma.

CRISPR-COPIES permite a los investigadores identificar rápidamente los loci genómicos para la integración dirigida de genes, lo que facilita la identificación de sitios de integración estables en todo el genoma. También elimina el trabajo manual que supone el diseño de componentes para la integración de ADN mediada por CRISPR/Cas.

En el caso de la ingeniería de cultivos, la herramienta puede utilizarse para aumentar el rendimiento de la biomasa, la resistencia a las plagas y/o la resistencia medioambiental. Para convertir la biomasa en sustancias químicas valiosas -por ejemplo, mediante el uso de la levadura S. cerevisiae-CRISPR-COPIES puede utilizarse para diseñar células con rendimientos significativamente mayores.

Este versátil software está diseñado para simplificar y acelerar el proceso de construcción de cepas, ahorrando tiempo y recursos a los investigadores. Investigadores de todo el mundo, tanto del entorno académico como de la industria, pueden beneficiarse de su utilidad en la ingeniería de cepas para la producción bioquímica y el desarrollo de cultivos transgénicos.

Más información: Aashutosh Boob et al, CRISPR-COPIES: An in silico platform for discovery of neutral integration sites for CRISPR/Cas-facilitated gene integration, Nucleic Acids Research (2024). DOI: 10.1093/nar/gkae062

Journal information: Nucleic Acids Research

Provided by University of Illinois at Urbana-Champaign

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