Un error tipográfico que aparece en el borrador de una novela no es una gran calamidad. Sin embargo, la naturaleza a menudo es menos indulgente con los errores. Un cambio en solo una letra del código genético puede tener consecuencias catastróficas para la salud humana.
Estas fallas genómicas, que involucran una sola base en una longitud de ADN o ARN, se conocen como mutaciones puntuales. Pueden provocar anormalidades leves como daltonismo y enfermedades graves, como neurofibromatosis, anemia falciforme, ciertas formas decáncer y enfermedad de Tay-Sachs. Las mutaciones también pueden producir variantes de la enfermedad que son resistentes al tratamiento convencional.
A los investigadores les gustaría detectar estas mutaciones puntuales para evaluar mejor las vulnerabilidades en la salud humana, proporcionar un diagnóstico temprano preciso y guiar la terapia adecuada. Hasta ahora, sin embargo, registrar alteraciones sutiles como las mutaciones puntuales que ocurren dentro de las células vivas ha sido un desafío.
En un nuevo estudio, el autor principal Alex Green, investigador del Centro de Biodiseño para Diseño Molecular y Biomimética y sus colegas describen un nuevo método para detectar mutaciones puntuales. La técnica se puede aplicar en células vivas, ofreciendo un método rápido y altamente precisoy medios económicos para identificar mutaciones relevantes para la salud humana.
El método se puede usar junto con pruebas de diagnóstico en papel desarrolladas por Green y sus colegas, capaces de identificar mutaciones y mostrar una lectura basada en el color en las reacciones impulsadas por el calor del cuerpo humano.
"Lo que hemos hecho con nuestra tecnología es desarrollar una nueva forma portátil de detectar diferencias de secuencia muy pequeñas entre los ARN que está tratando de detectar", dice Green. "Con estos sistemas, que llamamos SNIPR para Single-Riboreguladores programables específicos de nucleótidos, tenemos la capacidad de identificar cualquier secuencia de ARN en función de una única diferencia de nucleótidos ".
La técnica es tan sensible que incluso puede detectar cambios epigenéticos: modificaciones químicas sutiles en las secuencias genéticas que pueden regular la expresión génica sin cambiar la identidad de las bases individuales.
"Los avances en el método algún día podrían usarse como una alternativa de bajo costo para el genotipado personal", según Hao Yan, coautor del nuevo estudio y director del Centro de diseño biológico y biomiméticos ". La simplicidad dela técnica puede permitir la detección en el hogar de mutaciones relacionadas con enfermedades, proporcionando pruebas rápidas y precisas, al tiempo que mantiene la privacidad de los datos para los usuarios ".
Además de su conveniencia como una prueba de fuego económica y versátil para enfermedades relacionadas con mutaciones, la técnica promete arrojar nueva luz sobre cuestiones fundamentales en la biología celular, incluida la resistencia genética a los antibióticos y las mutaciones que conducen al fracaso de los tratamientos de primera línea para enfermedadescomo la malaria y el VIH.
El estudio aparece en la edición actual de la revista Celda .
Alfabeto de la vida
En humanos, el código genético está compuesto por unos 3 mil millones de pares de nucleótidos, dispuestos en la doble hélice icónica del ADN. El lenguaje de los nucleótidos, que explica el plan de construcción completo para cualquier organismo vivo, incluidos los humanos, está compuesto de secuenciasde solo cuatro letras, A, T, C y G, que significan las cuatro bases del ADN.
Las secuencias de estos cuatro nucleótidos forman genes que proporcionan las instrucciones para producir proteínas. Las proteínas proporcionan estructura a las células y tejidos; incluidos los músculos, cartílagos, ligamentos, cabello y piel. Las proteínas también suministran la maquinaria vital de la vida, supervisando innumerables procesos celulares,incluyendo metabolismo, transmisión de señal, defensa inmune, digestión de alimentos y división celular.
mutaciones de caza
Una mutación puntual en un gen de ADN se transcribirá en ARN, a veces deshabilitando la proteína resultante o alterando su función, a menudo con consecuencias para la salud humana. Para identificar estas mutaciones, los investigadores diseñaron SNIPR, estructuras inteligentes que contienen fragmentos complementarios de ARNcapaz de unirse con secuencias de ARN en las células.
Dentro de una célula, estas estructuras se activan cuando encuentran una secuencia de ARN mutada, dictada por el gen modificado de la célula.
Si la unión del ARN mutante de una célula con la cadena desencadenante es exacta, el SNIPR se despliega, permitiendo el acceso a la secuencia por el ribosoma, la maquinaria necesaria para traducir el ARN en proteína. Sin embargo, si el SNIPR encuentra una secuencia no mutada, allíes un desajuste y la traducción de la proteína está bloqueada
Prueba de lectura de ARN
La diferencia de 100 veces resultante en la expresión génica entre secuencias de ARN mutadas y no mutadas se observó en la bacteria E. coli, medida en la producción de proteínas, lo que facilita la detección de mutaciones puntuales.
La técnica se basa en la detección aguda de diferencias en la denominada energía de unión o hibridación. "Normalmente, cuando se piensa en un emparejamiento de bases de ADN o ARN, es a través de enlaces de hidrógeno", dice Green. "Cuando G se une a Cson 3 enlaces de hidrógeno y cuando A se une a U, son dos enlaces de hidrógeno ". Además de las mutaciones puntuales, el análisis in vitro puede detectar diferencias menores en la energía de unión cuando ocurren cambios epigenéticos como la metilación.
La prueba en papel se puede usar en el campo en regiones donde los recursos médicos son escasos. La tecnología es particularmente prometedora para el mundo en desarrollo, ya que no requiere equipos elaborados y puede funcionar a la temperatura del cuerpo humano.
El primer autor Fan Hong, anteriormente con el Biodesign Institute y ahora becario postdoctoral en Harvard, diseñó algoritmos informáticos que permiten el diseño eficiente de SNIPR basados en las secuencias objetivo de ARN deseadas.
"Para hacer que los SNIPR sean fáciles de usar, automatizamos el proceso para que todos puedan diseñarlos sin ningún conocimiento de plegamiento de ARN e interacciones de ARN", dice Hong. "Ya muestran muchas aplicaciones prácticas como el genotipo humano, la detección del virus del Zikae identificación de la cepa viral "
Técnica poderosa una bendición para la ciencia
Identificar cepas particulares es de vital importancia epidemiológica. Algunas variantes genéticas del Zika, por ejemplo, parecen presentar un mayor riesgo de anomalías congénitas, mientras que el coronavirus que circula actualmente también está evolucionando y tiene una secuencia muy similar al coronavirus que causó la epidemia de SARSen 2002-2003. Identificar los efectos de estos patógenos mutados y su distribución geográfica es de vital importancia para abordar estos y futuros brotes de enfermedades.
El método también podría ofrecer una nueva esperanza en la lucha contra el cáncer. Por ejemplo, los tumores de células de la granulosa, asociados con una forma rara y agresiva de cáncer de ovario, son el resultado de una sola base incorrecta de los tres mil millones de pares de nucleótidos que conformanel código genético, mientras que las mutaciones puntuales en los genes BRCA1 y BRCA2 supresores de tumores son responsables de un aumento de 6 veces en el riesgo de cáncer de seno durante toda la vida.
La sensibilidad de grano fino de los SNIPR puede discriminar entre pacientes que son heterocigotos u homocigotos para mutaciones dadas, es decir, si llevan una o dos copias del gen mutado en sus cromosomas, un factor crítico para determinar la vulnerabilidad de la enfermedad.
Ciertas mutaciones puntuales en el VIH pueden conducir al fracaso de las terapias antirretrovirales comunes. Una prueba SNIPR para tales mutaciones podría identificar rápidamente estas mutaciones y guiar el tratamiento apropiado. Las pruebas convencionales para la resistencia a los medicamentos contra el VIH son prohibitivamente caras para muchos necesitados, y cuestan más de $ 200dólares por muestra
Cuando las sondas SNIPR se combinan con sistemas de reconocimiento basados en papel, el potencial para la detección rápida, de bajo costo y precisa de mutaciones genéticas puntuales se puede extender globalmente, donde sea que esas herramientas de diagnóstico sean más críticas. Además, los SNIPR prometen ayudar a los investigadores a comprendervariaciones de tensión y resistencia ligada a mutaciones a terapias comunes.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Estatal de Arizona . Original escrito por Richard Harth. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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