ESPECIES sintéticas desarrolladas para su uso como unidad genética confinable

Las tecnologías basadas en CRISPR ofrecen un enorme potencial para beneficiar la salud y la seguridad humanas, desde la erradicación de enfermedades hasta el suministro de alimentos enriquecidos. Por ejemplo, se están desarrollando unidades genéticas basadas en CRISPR, que están diseñadas para difundir rasgos específicos entre las poblaciones objetivo, para interrumpir la transmisión de enfermedades devastadoras como la malaria y el dengue.

Pero muchos científicos y expertos en ética han expresado su preocupación por la propagación desenfrenada de unidades genéticas. Una vez implantados en la naturaleza, ¿cómo pueden los científicos evitar que los impulsos genéticos se propaguen incontrolablemente a través de poblaciones como un incendio forestal?

Ahora, los científicos de la Universidad de California en San Diego y sus colegas han desarrollado un impulso genético con una barrera genética incorporada que está diseñado para mantener el impulso bajo control. Dirigidos por el laboratorio del genetista molecular Omar Akbari, los investigadores han desarrollado especies de moscas sintéticas que, cuando se liberan en cantidades suficientes, actúan como impulsores de genes que pueden propagarse localmente y revertirse si se desea.

Los científicos describen el desarrollo de sus ESPECIES (barreras sintéticas post-cigóticas que explotan las incompatibilidades basadas en CRISPR para las especies de ingeniería) como una innovación de prueba de concepto que podría ser transferible a otras especies, como los insectos portadores de enfermedades. La propagación de genes que limitan las plagas que se alimentan de valiosos cultivos alimentarios es otro ejemplo de una posible aplicación de ESPECIES.

«Los impulsores genéticos pueden extenderse más allá de las fronteras previstas y ser difíciles de controlar. SPECIES ofrece una forma de controlar las poblaciones de una manera muy segura y reversible», dijo Akbari, profesor asociado de la División de Ciencias Biológicas de UC San Diego y autor principal del artículo, que se publica en la revista Comunicaciones de la naturaleza.

La idea detrás de la creación de ESPECIES refleja la formación de nuevas especies en la naturaleza. A medida que los miembros de una sola especie se separan con el tiempo, debido, por ejemplo, a una nueva formación de la tierra, separación por terremoto u otro evento geológico, una nueva especie puede eventualmente evolucionar a partir de la desconexión física. Si la nueva especie finalmente regresa para aparearse con la especie original, podría producir una descendencia inviable debido a cambios biológicos después de la separación a través de un fenómeno natural conocido como aislamiento reproductivo.

Trabajando con la especie de mosca Drosophila melanogaster, los investigadores de UC San Diego y sus colegas del Instituto de Tecnología de California, UC Berkeley, y el Instituto de Genómica Innovadora utilizaron tecnologías de edición de genes CRISPR para desarrollar moscas que codifican sistemas de ESPECIES que son reproductivamente incompatibles con versiones silvestres de D melanogaster.

«Incluso si la especiación ocurre de manera constante en la naturaleza, la creación de una nueva especie artificial es en realidad un gran desafío de bioingeniería», dijo Anna Buchman, autora principal del artículo. «La belleza del enfoque SPECIES es que simplifica el proceso, dándonos un conjunto definido de herramientas que necesitamos en cualquier organismo para producir especiaciones con elegancia».

Conceptualmente, cuando las ESPECIES se implantan en la naturaleza en cantidades suficientes, pueden conducir de manera controlable a través de una población y reemplazar a todas sus contrapartes silvestres a medida que se propagan. Usando la malaria como ejemplo, los mosquitos ESPECIES podrían desarrollarse con un elemento genético que los hace incapaces de transmitir la malaria.

«Se puede propagar de manera confiable y controlable una ESPECIE antipalúdica en una población objetivo», dijo Akbari. «Dado que las ESPECIES son incompatibles con los mosquitos de tipo salvaje, sus poblaciones se pueden controlar y revertir, limitando su umbral de población por debajo del 50 por ciento. Esto le da la capacidad de confinar y revertir su propagación si se desea».

A medida que la barrera de las ESPECIES complete su función en el reemplazo temporal de poblaciones de tipo salvaje, su número puede reducirse con la reintroducción de poblaciones de tipo salvaje.

«Básicamente, esto nos permite aprovechar todo el poder de los impulsos genéticos, como eliminar enfermedades o proteger cultivos, sin el alto riesgo de propagación incontrolable», dijo Akbari.

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Los coautores del artículo incluyen a Anna Buchman, Isaiah Shriner (ex estudiante de posgrado de UC San Diego), Ting Yang, Junru Liu (actual estudiante de doctorado en Ciencias Biológicas), Igor Antoshechkin, John Marshall, Michael Perry y Omar Akbari. .