Una forma comprobada de rastrear los orígenes genéticos de una enfermedad es eliminar genes individuales en animales y estudiar sus efectos en el organismo. El problema es que la patología de muchas enfermedades está determinada por múltiples genes, lo que complica los intentos de los científicos de identificar el impacto de genes individuales en la enfermedad. Para ello, tuvieron que realizar muchos experimentos con animales, uno para cada modificación genética deseada.
Investigadores dirigidos por Randall Platt, profesor de bioingeniería en el Departamento de Ciencia e Ingeniería de Biosistemas de la ETH Zurich en Basilea, han desarrollado un método que simplifica y acelera enormemente la investigación en animales de experimentación: utilizando tijeras genéticas CRISPR-Cas, pueden cambiar docenas de genes simultáneamente en las células de un animal, como un mosaico.
Aunque no se altera más de un gen en cada célula, diferentes células de un órgano pueden alterarse de diferentes maneras. Esto permite un análisis preciso de células individuales. Esto permite a los investigadores estudiar los efectos de muchos cambios genéticos diferentes en un solo experimento.
Según un informe publicado recientemente en la revista Nature, investigadores de la ETH Zurich han aplicado con éxito este método por primera vez en animales vivos, concretamente en ratones adultos. Otros científicos han desarrollado previamente métodos similares en células cultivadas o embriones de animales.
Para "decirle" a las células de ratón qué genes deberían destruir las tijeras genéticas CRISPR-Cas, los investigadores utilizaron un virus adenoasociado (AAV), una estrategia de administración que puede apuntar a cualquier órgano. Prepararon virus para que cada virión llevara información para destruir un gen específico y luego infectaron ratones con una mezcla de virus que llevaban instrucciones para destruir diferentes genes. De esta manera, pueden desactivar diferentes genes en las células de un órgano. En este estudio, eligieron el cerebro.
Utilizando este método, investigadores de ETH Zurich, junto con colegas de la Universidad de Ginebra, han obtenido nuevas pistas sobre una enfermedad genética rara en humanos: el síndrome de deleción 22q11.2. Las personas con este trastorno muestran muchos síntomas diferentes y, a menudo, se les diagnostica otras afecciones, como esquizofrenia y trastorno del espectro autista. Anteriormente se sabía que la enfermedad era causada por una región cromosómica que contenía 106 genes. También se sabe que la enfermedad está asociada con múltiples genes, pero no se sabe qué genes desempeñan un papel en la enfermedad.
En su estudio con ratones, los investigadores se centraron en 29 genes de esta región cromosómica que también están activos en el cerebro del ratón. En las células cerebrales de cada ratón, modificaron uno de los 29 genes y luego analizaron los perfiles de ARN de las células cerebrales. Los científicos pudieron demostrar que tres de estos genes eran en gran medida responsables de la disfunción de las células cerebrales. Además, encontraron patrones en células de ratón similares a los observados en la esquizofrenia y los trastornos del espectro autista. De los tres genes, uno ya era conocido, pero los otros dos no habían sido objeto de atención científica hasta ahora.
"Si sabemos qué genes están anormalmente activos en una enfermedad, podemos intentar desarrollar medicamentos que compensen esta anomalía", dijo Antonio Santinha, estudiante de doctorado en el grupo de investigación de Pratt y primer autor del estudio.
Este método también es adecuado para estudiar otras enfermedades genéticas. "En muchas enfermedades congénitas están involucrados múltiples genes, no sólo uno", dijo Santinha. "Lo mismo se aplica a los trastornos psiquiátricos como la esquizofrenia. Nuestra tecnología ahora nos permite estudiar dichas enfermedades y sus causas genéticas directamente en animales adultos. El número de genes modificados por experimento se puede aumentar de los 29 actuales a cientos".
Los investigadores ahora pueden realizar estos análisis en organismos vivos, lo cual es una gran ventaja porque las células se comportan de manera diferente en cultivo que como parte de un organismo vivo. Otra ventaja es que los científicos sólo necesitan inyectar AAV en el torrente sanguíneo del animal. AAV tiene muchas características funcionales diferentes. En este estudio, los investigadores utilizaron un virus que puede ingresar al cerebro de los animales. Dependiendo de lo que se esté estudiando, también se pueden utilizar AAV dirigidos a otros órganos.
ETH Zurich ha patentado la tecnología y ahora los investigadores esperan utilizarla como parte de su investigación sobre "péptidos".