Científicos de la Universidad de Pennsylvania idean una novedosa técnica para crear cromosomas humanos artificiales

Los investigadores afirman que el método permitirá realizar investigaciones de laboratorio más eficientes y ampliar la terapia génica.

Publicado originalmente en Penn Medicine News, el 21 de marzo de 2024

 

FILADELFIA - Los cromosomas artificiales humanos (CAH), capaces de funcionar dentro de las células humanas, podrían impulsar terapias génicas avanzadas, incluidas las dirigidas a algunos tipos de cáncer, además de muchas aplicaciones de laboratorio, aunque su desarrollo se ha visto obstaculizado por graves obstáculos técnicos. Ahora, un equipo dirigido por investigadores de la Facultad de Medicina Perelman de la Universidad de Pensilvania ha logrado un importante avance en este campo, sorteando con eficacia un escollo habitual.

En un estudio publicado en Science el 21 de marzo pasado, los investigadores explican cómo han ideado una técnica eficaz para fabricar CAH a partir de construcciones únicas y largas de ADN de diseño. Los métodos anteriores para fabricar HAC se han visto limitados por el hecho de que las construcciones de ADN utilizadas para fabricarlos tienden a unirse - "multimerizarse"- en series impredeciblemente largas y con reordenamientos impredecibles. El nuevo método permite fabricar HAC de forma más rápida y precisa, lo que, a su vez, acelerará directamente el ritmo de la investigación sobre el ADN. Con el tiempo, y con un sistema de administración eficaz, esta técnica podría conducir a mejores terapias celulares para enfermedades como el cáncer.

"Esencialmente, hemos revisado por completo el antiguo planteamiento de diseño y suministro de HAC", explica el doctor Ben Black, catedrático de Bioquímica y Biofísica de la Fundación Eldridge Reeves Johnson de la Universidad de Pensilvania. "El CAH que hemos construido es muy atractivo para su eventual despliegue en aplicaciones biotecnológicas, por ejemplo, cuando se desee ejecutar ingeniería genética de células a gran escala. Una ventaja es que coexisten con los cromosomas naturales de la célula sin tener que alterarlos".

Los primeros HAC se desarrollaron hace 25 años, y la tecnología de cromosomas artificiales ya está muy avanzada para los cromosomas más pequeños y sencillos de organismos inferiores como bacterias y levaduras. Los cromosomas humanos son harina de otro costal, debido sobre todo a su mayor tamaño y a la mayor complejidad de sus centrómeros, la región central donde se unen los brazos de los cromosomas en forma de "X". Los investigadores han conseguido formar pequeños cromosomas humanos artificiales a partir de fragmentos de ADN autoenlazados añadidos a las células, pero estos fragmentos de ADN se multimerizan en organizaciones y en una cantidad de copias impredecibles -lo que complica su uso terapéutico o científico- y los HAC resultantes a veces incluso acaban incorporando fragmentos de cromosomas naturales de sus células huésped, lo que hace que las modificaciones que se les hagan no sean fiables.

En su estudio, los investigadores de Penn Medicine idearon CAH mejorados con múltiples innovaciones: Entre ellas, construcciones iniciales de ADN de mayor tamaño que contienen centrómeros más grandes y complejos, lo que permite que se formen copias únicas a partir de estas construcciones. Para su administración a las células, utilizaron un sistema basado en células de levadura capaz de transportar cargas más grandes.

"En lugar de intentar inhibir la multimerización, por ejemplo, evitamos el problema aumentando el tamaño de la construcción de ADN de entrada para que tendiera de forma natural a permanecer en la forma predecible de copia única", explica Black.

Los investigadores demostraron que su método era mucho más eficaz para formar CAH viables en comparación con los métodos estándar, y produjeron CAH que podían reproducirse durante la división celular.

Las ventajas potenciales de los cromosomas artificiales -suponiendo que puedan introducirse fácilmente en las células y funcionar como los cromosomas naturales- son muchas. Ofrecerían plataformas más seguras, productivas y duraderas para expresar genes terapéuticos, en contraste con los sistemas de administración de genes basados en virus, que pueden desencadenar reacciones inmunitarias e implicar la inserción viral nociva en los cromosomas naturales. La expresión normal de genes en las células también requiere muchos factores reguladores locales y distantes, que son prácticamente imposibles de reproducir artificialmente fuera de un contexto cromosómico. Además, los cromosomas artificiales, a diferencia de los vectores virales relativamente estrechos, permitirían la expresión de grandes conjuntos cooperativos de genes, por ejemplo, para construir complejas máquinas proteicas.

Black espera que el mismo planteamiento general adoptado por su grupo en este estudio sea útil para fabricar cromosomas artificiales para otros organismos superiores, incluidas plantas para aplicaciones agrícolas como cultivos resistentes a plagas y de alto rendimiento.

En el estudio también participaron investigadores del Instituto J. Craig Venter, la Universidad de Edimburgo y la Universidad Técnica de Darmstadt.

El trabajo contó con el apoyo de los Institutos Nacionales de Salud (GM130302, HG012445, CA261198 y GM007229).

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