En una nueva publicación de Nature Communications, el profesor asociado de Ciencias Vegetales de la Universidad de Maryland Yiping Qi continúa innovando en la edición e ingeniería del genoma en las plantas, con el objetivo final de mejorar la eficiencia de la producción de alimentos. Su trabajo reciente aporta seis variantes novedosas de CRISPR-Cas12a que nunca antes se habían intentado en plantas, probándolas primero en arroz como cultivo mundial importante.
Además de permitir un alcance mucho más amplio de posibles objetivos de edición de genes, estas nuevas herramientas pueden editar muchos sitios diferentes en el genoma a la vez, o incluso reprimir la expresión de genes para atenuar rasgos no deseados. Estas herramientas con patente pendiente amplían en gran medida el alcance de lo que CRISPR-Cas12a puede hacer en las plantas, lo que puede ayudar a producir alimentos de manera más eficaz para alimentar a una población mundial en crecimiento, con el calentamiento global como espada de Damocles.
«Estamos entusiasmados con este documento porque hemos contribuido con dos avances importantes«, comenta Qi. «Primero, informamos sobre múltiples herramientas Cas12a con capacidades de edición del genoma en plantas por primera vez, y encontramos una [Mb2Cas12a] que amplía enormemente el rango de focalización de Cas12a. En segundo lugar, hemos desarrollado un sistema muy eficiente que puede editar muchos diferentes sitios a la vez [edición multiplexada], y eso nos permite editar 16 genes diferentes en el arroz en una sola generación«.
La tecnología CRISPR-Cas12a ayuda a aumentar el rendimiento de los cultivos y alimenta de manera sostenible a una población en crecimiento en un mundo cambiante
Como explica Qi, Cas12a (como otros sistemas CRISPR) generalmente se ha relacionado con el objetivo de una secuencia corta específica de ADN conocida como secuencia PAM. La secuencia PAM es lo que los sistemas CRISPR suelen utilizar para identificar dónde posiblemente realizar sus cortes moleculares en el ADN. Sin embargo, la nueva variante Mb2Cas12a introducida por Qi funciona bajo requisitos PAM relajados, ampliando el alcance de aquello a lo que se puede apuntar para editar, como lo hizo recientemente el laboratorio de Qi para CRISPR-Cas9.
Además de este descubrimiento, el sistema de edición multiplexado introducido para Cas12a en plantas proporciona estrategias específicas para editar de manera eficiente varios sitios en todo el genoma a la vez. Para esta prueba de concepto, el equipo de Qi primero apuntó a seis sitios diferentes en el genoma para mejorar el rendimiento del arroz y la resistencia a las enfermedades. Pero cuando esto tuvo éxito, el equipo no se detuvo allí.
«Quería agregar más objetivos para ver si hay algún límite«, sigue Qi. «Así que agregamos 10 más e intentamos apuntar a 16 sitios, y descubrimos que en casi todos los cromosomas de arroz, teníamos una eficiencia asombrosamente alta con todos los sitios editados de una vez en una generación. Y eso ni siquiera representa el límite necesariamente, pero es la mayor cantidad de genes en una planta que jamás se haya registrado como editados a la vez en una generación para Cas12a«.
«Este tipo de tecnología ayuda a aumentar el rendimiento de los cultivos y alimenta de manera sostenible a una población en crecimiento en un mundo cambiante«
Este sistema tiene importantes implicaciones para el crecimiento de precisión y la eficiencia de la producción de alimentos, según Qi. «Para la reproducción de precisión, la cantidad de genes que puede editar a la vez es realmente importante en la práctica porque puede apuntar a casi cualquier cosa y realmente adaptar el producto. Nos enfocamos en la resistencia a las enfermedades y el rendimiento, pero puede agregar más características, como eficiencia en el uso de nitrógeno, características de resiliencia climática como la tolerancia a la temperatura, y más. Es realmente un sistema robusto«.
Qi está trabajando actualmente para examinar los efectos de la edición de más genes a la vez con requisitos más relajados del sitio de destino. Pero además de estas contribuciones, este artículo también demostró la utilidad de Cas12a como represor sintético de genes en la planta modelo Arabidopsis como otra herramienta para la ingeniería del genoma.
«Puede regular la activación o represión de ciertos genes utilizando CRISPR no como una herramienta de corte, sino como una herramienta de unión para atraer activadores o represores para inducir o suprimir la expresión génica para diseñar rasgos deseables. En este caso, Cas12a actúa como pegamento, no como unas tijeras. Se utiliza una forma inactivada de Cas12a para inactivar la expresión de otros genes. Es una gran herramienta nueva para la industria y para futuras investigaciones«.
El trabajo futuro expandirá estas herramientas más allá del arroz y Arabidopsis, y en todo tipo de plantas y cultivos. «Este tipo de tecnología ayuda a aumentar el rendimiento de los cultivos y alimenta de manera sostenible a una población en crecimiento en un mundo cambiante«, afirma Qi. «Estoy muy contento de continuar expandiendo el impacto de las tecnologías CRISPR«.
Este artículo está titulado «Expandiendo el alcance de la ingeniería del genoma vegetal con ortólogos Cas12a y sistemas de edición altamente multiplexables».
Fuente: Nature Communications.
