El modelo genético humano es engañosamente simple. Nuestros genes están fuertemente enrollados en 46 estructuras en forma de X llamadas cromosomas. Creados por la evolución, transportan ADN y se replican cuando las células se dividen, asegurando la estabilidad de nuestro genoma a lo largo de generaciones.

En 1997, un estudio torpedeó el manual de estrategia de la evolución. Por primera vez, un equipo creó un cromosoma humano artificial mediante ingeniería genética. Cuando se introdujo en una célula humana en una placa de Petri, el cromosoma artificial se comportó de forma muy parecida a sus homólogos naturales. Se replicó a medida que las células se dividían, dando lugar a células humanas con 47 cromosomas.

Tenga la seguridad de que el objetivo no era hacer evolucionar artificialmente nuestra especie. Más bien, se pueden utilizar cromosomas artificiales para transportar grandes trozos de material genético humano o herramientas de edición de genes al interior de las células. En comparación con los sistemas de distribución actuales (portadores de virus o nanopartículas), los cromosomas artificiales pueden incorporar mucho más ADN sintético.

En teoría, podrían diseñarse para transportar genes terapéuticos a personas con trastornos genéticos o añadir genes protectores contra el cáncer.

Sin embargo, a pesar de más de dos décadas de investigación, la tecnología aún no se ha generalizado. Un desafío es que los segmentos cortos de ADN que se unen para formar los cromosomas se pegan entre sí una vez dentro de las células, lo que dificulta predecir cómo se comportarán los genes.

Este mes, un nuevo estudio de la Universidad de Pensilvania cambió la receta de hace 25 años y construyó una nueva generación de cromosomas artificiales. En comparación con sus predecesores, los nuevos cromosomas son más fáciles de diseñar y utilizan segmentos de ADN más largos que no se agrupan una vez dentro de las células. También son un gran transportador, que en teoría podría transportar material genético aproximadamente del tamaño del cromosoma de levadura más grande a las células humanas.

"Básicamente, hicimos una revisión completa del antiguo enfoque para el diseño y la entrega de HAC [cromosoma artificial humano]", dijo el autor del estudio, el Dr. Ben Black. dijo en un comunicado de prensa

"Es probable que el trabajo revitalice los esfuerzos para diseñar cromosomas artificiales tanto en animales como en plantas". escribí el Dr. R. Kelly Dawe de la Universidad de Georgia, que no participó en el estudio.

Forma de usted

Desde 1997, los genomas artificiales se han convertido en una biotecnología establecida. Se han utilizado para reescribir el ADN en bacterias, levaduras y plantas, lo que da como resultado células que pueden sintetizar medicamentos que salvan vidas o comer plastico. También podrían ayudar a los científicos a comprender mejor las funciones de las misteriosas secuencias de ADN que se encuentran esparcidas por todo nuestro genoma.

La tecnología también dio lugar a los primeros organismos sintéticos. A finales de 2023, los científicos células de levadura reveladas Con la mitad de sus genes reemplazados por ADN artificial, el equipo espera eventualmente personalizar cada cromosoma. A principios de este año, otro estudio partes reelaboradas del cromosoma de una planta, ampliando aún más los límites de los organismos sintéticos.

Y al modificar las estructuras de los cromosomas (por ejemplo, cortando regiones sospechosas de ser inútiles) podemos comprender mejor cómo funcionan normalmente, lo que podría conducir a tratamientos para enfermedades.

El objetivo de construir cromosomas humanos artificiales no es diseñar células humanas sintéticas. Más bien, el trabajo está destinado a avanzar en la terapia genética. Los métodos actuales para transportar genes terapéuticos o herramientas de edición de genes a las células se basan en virus o nanopartículas. Pero estos transportistas tienen una capacidad de carga limitada.

Si los vehículos de reparto actuales son como veleros, los cromosomas humanos artificiales son como barcos de carga, con capacidad para transportar una gama mucho mayor y más amplia de genes.

¿El problema? Son difíciles de construir. A diferencia de los cromosomas de las bacterias o las levaduras, que tienen forma circular, nuestros cromosomas son como una "X". En el centro de cada uno hay un centro proteico llamado centrómero que permite que el cromosoma se separe y se replique cuando una célula se divide.

En cierto modo, el centrómero es como un botón que mantiene intactos los trozos de tela deshilachados (los brazos del cromosoma). Los esfuerzos anteriores para construir cromosomas humanos artificiales se centraron en estas estructuras, extrayendo letras de ADN que podrían expresar proteínas dentro de las células humanas para anclar los cromosomas. Sin embargo, estas secuencias de ADN rápidamente se adhirieron a sí mismas como cinta adhesiva de doble cara y terminaron en bolas que dificultaron que las células accedieran a los genes agregados.

Una razón podría ser que las secuencias de ADN sintético eran demasiado cortas, lo que hacía que los componentes del minicromosoma no fueran confiables. El nuevo estudio puso a prueba la idea diseñando un conjunto de cromosomas humanos mucho más grande que antes.

Ocho es el número de la suerte

En lugar de un cromosoma en forma de X, el equipo diseñó su cromosoma artificial humano como un círculo, que es compatible con la replicación en levadura. El círculo contenía la considerable cantidad de 760,000 pares de letras de ADN, aproximadamente 1/200 del tamaño de un cromosoma humano completo.

Dentro del círculo había instrucciones genéticas para crear un centrómero más resistente: el "botón" que mantiene intacta la estructura cromosómica y puede hacer que se replique. Una vez expresado dentro de una célula de levadura, el botón reclutó la maquinaria molecular de la levadura para construir un cromosoma artificial humano sano.

En su forma circular inicial en las células de levadura, el cromosoma humano sintético podría luego pasar directamente a las células humanas mediante un proceso llamado fusión celular. Los científicos eliminaron las "envolturas" que envolvían las células de levadura con tratamientos químicos, lo que permitió que los componentes de las células, incluido el cromosoma artificial, se fusionaran directamente con las células humanas dentro de las placas de Petri.

Como extraterrestres benévolos, los cromosomas sintéticos añadidos se integraron felizmente en sus células huésped humanas. En lugar de agruparse en desechos nocivos, los círculos se duplicaron en forma de ocho, con el centrómero manteniendo los círculos juntos. Los cromosomas artificiales coexistieron felizmente con los nativos en forma de X, sin cambiar sus funciones normales.

Para la terapia génica, es esencial que los genes agregados permanezcan dentro del cuerpo incluso cuando las células se dividen. Este beneficio es especialmente importante para las células que se dividen rápidamente, como las cancerosas, que pueden adaptarse rápidamente a las terapias. Si un cromosoma sintético está repleto de genes supresores del cáncer conocidos, podría mantener bajo control los cánceres y otras enfermedades a lo largo de generaciones de células.

Los cromosomas humanos artificiales pasaron la prueba. Reclutaron proteínas de las células huésped humanas para ayudarlas a propagarse a medida que las células se dividían, conservando así los genes artificiales durante generaciones.

un renacimiento

Mucho ha cambiado desde los primeros cromosomas artificiales humanos.

Las herramientas de edición genética, como CRISPR, han facilitado la reescritura de nuestro modelo genético. Los mecanismos de administración que se dirigen a órganos o tejidos específicos están en aumento. Pero los cromosomas sintéticos pueden estar recuperando parte del protagonismo.

A diferencia de los portadores virales, el vehículo de administración más utilizado para terapias genéticas o editores de genes, los cromosomas artificiales no pueden penetrar en nuestro genoma e interrumpir la expresión genética normal, lo que los hace potencialmente mucho más seguros.

Sin embargo, la tecnología tiene vulnerabilidades. Los cromosomas diseñados a menudo todavía se pierden cuando las células se dividen. Los genes sintéticos colocados cerca del centrómero (el “botón” del cromosoma) también pueden alterar la capacidad del cromosoma artificial para replicarse y separarse cuando las células se dividen.

Pero para Dawe, el estudio tiene implicaciones mayores que las células humanas por sí solas. Los principios de reingeniería de centrómeros mostrados en este estudio podrían usarse para la levadura y potencialmente ser "aplicables en todos los reinos" de organismos vivos.

El método podría ayudar a los científicos a modelar mejor las enfermedades humanas o producir medicamentos y vacunas. En términos más generales, “pronto será posible incluir cromosomas artificiales como parte de un conjunto de herramientas en expansión para abordar los desafíos globales relacionados con la atención médica, la ganadería y la producción de alimentos y fibra”, escribió.

Crédito de la imagen: Warren Umoh / Unsplash

• Distribución de relaciones públicas y contenido potenciado por SEO. Consiga amplificado hoy.
• PlatoData.Network Vertical Generativo Ai. Empodérate. Accede Aquí.
• PlatoAiStream. Inteligencia Web3. Conocimiento amplificado. Accede Aquí.
• PlatoESG. Carbón, tecnología limpia, Energía, Ambiente, Solar, Gestión de residuos. Accede Aquí.
• PlatoSalud. Inteligencia en Biotecnología y Ensayos Clínicos. Accede Aquí.
• Fuente: https://singularityhub.com/2024/03/26/human-artificial-chromosomes-could-ferry-tons-more-dna-cargo-into-cells/