Reescribiendo el ADN para entenderlo

Nuestra capacidad de "leer" el ADN ha progresado enormemente en las últimas décadas, pero la capacidad de entender y alterar el código genético, es decir, de "reescribir" las instrucciones codificadas en el ADN, se ha quedado atrás. Un nuevo estudio del Instituto Weizmann incrementa nuestra comprensión del código genético: propone una manera efectiva para introducir en el genoma de células vivas, varios segmentos de ADN cuidadosamente planificados y probar los efectos de estos cambios. El estudio será publicado en las ediciones de junio de Nature Biotechnology y Nature Genetics.

Actualmente, cambiar la secuencia del ADN es un proceso lento y laborioso. Toma varias semanas para modificar sólo una región del ADN a la vez y probar los efectos de cada uno de estos cambios toma más tiempo. En el nuevo estudio, científicos del Instituto Weizmann han desarrollado una tecnología que posibilita la introducción simultánea de decenas de miles de regiones de ADN a decenas de miles de células vivas, cada región en una célula separada, de una manera planificada y sistemática, y medir los efectos de cada cambio con gran precisión y con tan sólo un experimento.

"Este método rápido avanzará considerablemente nuestra capacidad de comprender el “lenguaje" del ADN", dice el líder del equipo de investigación, el Prof. Eran Segal, de los Departamentos de Ciencias de la Computación y de Matemática Aplicada, y Biología Molecular de la Célula del Instituto Weizmann. "Ya es posible leer el genoma completo de una persona, pero ¿qué es exactamente lo que está escrito en el genoma? Después de todo, un genoma se parece a una larga cadena de letras cuyo significado es en su mayoría oscuro. Sólo descifrar las letras del ADN es como tratar de entender un idioma extranjero con sólo escucharlo. Nuestro método nos ayudará a identificar las “palabras” del ADN y comprender su significado."

Entender lo que está escrito en el ADN podría ayudarnos a interpretar, entre otras cosas, cómo las diferencias genotípicas entre las personas generan diferencias observables entre ellos, desde la manera en que se ven hasta la forma en que nuestras células funcionan. Así, por ejemplo, podría ser posible aclarar cuáles son las diferencias genéticas responsables del desarrollo de diversas enfermedades en ciertos individuos. La tecnología del Instituto Weizmann también puede conducir a la mejora de las terapias génicas basadas en la introducción de genes nuevos o secuencias reguladoras mejoradas, y cuyo objetivo es reparar defectos genéticos.

En este estudio, los científicos investigaron un aspecto esencial del lenguaje del ADN: Cómo el control de la expresión génica está codificado en el ADN - es decir, las instrucciones que determinan el nivel de actividad de cada gen en el código genético. Dado que los niveles de actividad genética tienen efectos determinantes sobre la función celular, esta cuestión, considerada como una de las centrales de la biología molecular, ha sido estudiada durante décadas. La nueva tecnología ha permitido a los científicos aislar y probar los efectos de varios parámetros en los niveles de actividad genética: por ejemplo, cómo el nivel de actividad de un gen se ve afectado por la distancia del gen a su secuencia reguladora. Los investigadores han conseguido dilucidar cómo varios parámetros crean el "lenguaje" regulatorio y demostrar cómo cambios deliberados en la secuencia genética afectan a estos parámetros de manera que la actividad genética se ve afectada de una forma predecible.

El nuevo método consiste en cuatro pasos que combinan tecnologías existentes de una manera innovadora. Los pasos son: creación de 50.000 diferentes secuencias genéticas en chips de ADN; inserción masiva y simultanea de estas secuencias en las células; clasificación de las células con la ayuda de una máquina de clasificación que detecta los niveles de expresión de un gen "reportero", y secuenciación paralelizada del ADN de alto rendimiento.

En el estudio participaron los alumnos de posgrado del Instituto Weizmann, Eilon Sharon, Tali Raveh-Sadka y Michal Levo, la asistente de investigación, la Dra. Yael Kalma y la investigadora asociada, la Dra. Adina Weinberger, así como el Dr. Zohar Yakhini del Technion – Instituto Tecnológico de Israel y el Laboratorio Agilent, Santa Clara, California.