En un salto adelante para la ingenier?a genética, un equipo de investigadores del Arc Institute (Estados Unidos) ha descubierto el mecanismo puente recombinasa, una herramienta precisa y poderosa para recombinar y reorganizar el ADN de forma programable.

El estudio, publicado en ‘Nature’ por investigadores de la Universidad de Berkeley (Estados Unidos) informa sobre el descubrimiento de la primera ADN recombinasa que utiliza un ARN no codificante para la selecci?n de secuencia espec?fica de moléculas de ADN objetivo y donante. Este puente de ARN es programable, lo que permite al usuario especificar cualquier secuencia objetivo gen?mica deseada y cualquier molécula de ADN donante que se insertar?.

"El sistema puente de ARN es un mecanismo fundamentalmente nuevo para la programaci?n biol?gica";, informa Hsu, autor principal del estudio e investigador principal del Arc Institute y profesor asistente de bioingenier?a de UC Berkeley (Estados Unidos). "La recombinaci?n de puentes puede modificar universalmente el material genético mediante inserci?n, escisi?n, inversi?n y m?s de secuencias espec?ficas, permitiendo un procesador de textos para el genoma vivo m?s all? de CRISPR".

El cient?fico principal de Arc, Matthew Durrant, y el estudiante graduado en bioingenier?a de UC Berkeley, Nick Perry, fueron los autores principales del descubrimiento. La investigaci?n se desarroll? en colaboraci?n con los laboratorios de Silvana Konermann, investigadora principal del Arc Institute y profesora asistente de bioqu?mica de la Universidad de Stanford (Estados Unidos), y Hiroshi Nishimasu, profesor de biolog?a estructural de la Universidad de Tokio (Jap?n).

El sistema de recombinaci?n puente proviene de elementos de la secuencia de inserci?n 110 (IS110), uno de los innumerables tipos de elementos transponibles -o "genes saltarines"- que se cortan y pegan para moverse dentro y entre genomas microbianos. Los elementos transponibles se encuentran en todas las formas de vida y han evolucionado hasta convertirse en m?quinas profesionales de manipulaci?n de ADN para sobrevivir. Los elementos IS110 son m?nimos y consisten ?nicamente en un gen que codifica la enzima recombinasa, adem?s de segmentos de ADN flanqueantes que, hasta ahora, siguen siendo un misterio.

El laboratorio de Hsu descubri? que cuando IS110 se escinde de un genoma, los extremos del ADN no codificante se unen para producir una molécula de ARN (el puente de ARN) que se pliega en dos bucles. Un bucle se une al propio elemento IS110, mientras que el otro bucle se une al ADN objetivo donde se insertar? el elemento. El ARN puente es el primer ejemplo de una molécula gu?a biespec?fica, que especifica la secuencia del ADN objetivo y del donante mediante interacciones de emparejamiento de bases.

Cada bucle del ARN puente es programable de forma independiente, lo que permite a los investigadores mezclar y combinar cualquier secuencia de ADN de interés con el objetivo y el donante. Esto significa que el sistema puede ir mucho m?s all? de su funci?n natural de insertar el elemento IS110, permitiendo en cambio la inserci?n de cualquier carga genética deseable, como una copia funcional de un gen defectuoso que causa una enfermedad, en cualquier ubicaci?n gen?mica. En este trabajo, el equipo demostr? m?s del 60% de eficiencia de inserci?n de un gen deseado en E. coli con m?s del 94% de especificidad para la ubicaci?n gen?mica correcta.

"Estos ARN puente programables distinguen a IS110 de otras recombinasas conocidas, que carecen de un componente de ARN y no pueden programarse", se?ala el estudiante graduado Nick Perry. "Es como si el puente RNA fuera un adaptador de corriente universal que hace que el IS110 sea compatible con cualquier toma de corriente"

El descubrimiento del laboratorio Hsu se complementa con su colaboraci?n con el laboratorio del doctor Hiroshi Nishimasu de la Universidad de Tokio, también publicada en ‘Nature’ . El laboratorio de Nishimasu utiliz? microscop?a crioelectr?nica para determinar las estructuras moleculares del complejo de ARN del puente de recombinasa unido al ADN objetivo y al donante, avanzando secuencialmente a través de los pasos clave del proceso de recombinaci?n.

Con una mayor exploraci?n y desarrollo, el mecanismo puente promete marcar el comienzo de una tercera generaci?n de sistemas guiados por ARN, expandiéndose m?s all? de los mecanismos de corte de ADN y ARN de CRISPR y la interferencia de ARN (ARNi) para ofrecer un mecanismo unificado para reordenamientos programables del ADN. Fundamental para el desarrollo posterior del sistema de recombinaci?n puente para el dise?o del genoma de los mam?feros, la recombinasa puente une ambas cadenas de ADN sin liberar fragmentos de ADN cortados, evitando una limitaci?n clave de las tecnolog?as de edici?n del genoma de ?ltima generaci?n.

"El mecanismo de recombinaci?n puente resuelve algunos de los desaf?os m?s fundamentales que enfrentan otros métodos de edici?n del genoma", concluye el codirector de la investigaci?n, Durrant. "La capacidad de reorganizar de forma programable dos moléculas de ADN abre la puerta a avances en el dise?o del genoma".



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