La simplicidad de la edición del gen CRISPR-Cas9 pronto hará que el estudio de los genes de cualquier organismo, desde el molde de limo más simple hasta el pulpo, sea tan fácil como ahora es estudiar los genes que controlan el desarrollo en animales de laboratorio estándar como nematodos, frutasmoscas, ranas y ratones.
Un nuevo estudio de la Universidad de California, Berkeley, ilustra la facilidad con la que CRISPR-Cas9 puede eliminar genes en animales exóticos, en este caso, un anfípodo o un saltamontes, para aprender cómo esos genes controlan el crecimiento y el desarrollo.Los investigadores querían saber qué genes controlan el desarrollo de apéndices en cada segmento del anfípodo, cuyo cuerpo es como una navaja suiza con cada segmento con una cuchilla o herramienta diferente como apéndice.
En menos tiempo de lo que hubiera tomado hace dos años eliminar un gen en el animal, los investigadores de UC Berkeley eliminaron seis, arrojando luz sobre los mecanismos genéticos básicos que determinan la anatomía de la pierna en la evolución de los animales.Uno por uno, los llamados genes Hox que especifican las partes del cuerpo en todos los animales, cambiaron las identidades de las extremidades del crustáceo, transformando una garra en una pata, por ejemplo, o una mandíbula en una antena.
"Para aquellos de nosotros que estudiamos organismos modelo no tradicionales en el laboratorio, esto tiene el sabor de una revolución técnica", dijo el investigador postdoctoral de UC Berkeley Arnaud Martin. "CRISPR-Cas9 definitivamente cambia el rango de posibilidades para trabajar con animales exóticos, y el anfípodo es uno de los primeros "
La familia de genes Hox que Martin está investigando se encuentra en todos los animales, y algunos biólogos argumentan que un animal puede definirse como cualquier criatura que tenga genes Hox. Se sabe que activan o desactivan una miríada de genes en cada segmento deLos segmentos del cuerpo de los humanos son más evidentes en la columna vertebral, donde cada tipo de vértebra espinal tiene una forma única, todo bajo el control de los genes Hox.
En el anfípodo marino tropical Parhyale hawaiensis, Martin y Patel querían saber cuál de los genes Hox funciona en cada uno de sus 19 segmentos para producir piezas bucales en la parte delantera, luego garras, seguidas de patas que se mueven hacia adelante, poderosas patas de salto que impulsanel crustáceo hacia atrás, patas de natación y finalmente patas de "ancla" achaparradas.
"CRISPR-Cas9 ya ha tenido un gran impacto en los sistemas modelo, como la mosca de la fruta Drosophila y el nematodo C. elegans, donde ya hay muchas herramientas. Las personas pudieron incorporar la tecnología muy rápidamente y cambiar la formahacen mutantes en esos animales ", dijo el autor principal Nipam Patel, profesor de biología molecular y celular de UC Berkeley y de biología integrativa." Pero hay muchos otros animales con los que queremos trabajar porque podemos usarlos para responder realmentepreguntas evolutivas básicas. CRISPR-Cas9 es una gran tecnología para eso "
Otros investigadores han utilizado recientemente CRISPR-Cas9 para editar genes en organismos inusuales como la anémona de mar, la lamprea y la mariposa para ver si la herramienta funciona, pero en su mayor parte han sido experimentos de "prueba de principio" utilizando CRISPR-Cas9 para confirmar lo que ya se sabía.
"Aquí hemos ido más allá de solo demostrar que funciona en Parhyale y saltamos directamente a responder una pregunta evolutiva y de desarrollo realmente importante: cómo se configuran todas estas extremidades en el crustáceo y cómo la evolución cambia ese patrón de extremidades poralterando los patrones de expresión del gen Hox ", dijo Patel.
Arnaud, Patel y sus colegas de UC Berkeley publicarán sus hallazgos en la edición del 10 de diciembre de la revista Biología actual .
genes reguladores maestros
El complejo Hox es un grupo de genes, a menudo denominados genes reguladores maestros, que codifican los factores de transcripción de proteínas que desactivan o activan muchos otros genes. Comenzando temprano en el desarrollo, aparecen en diferentes combinaciones en diferentes segmentos deel cuerpo, de la cabeza a la cola. Desde que aparecieron por primera vez en nuestros antepasados animales hace 600 millones de años, la evolución ha trabajado con este mismo complejo de genes para producir una gran variedad de formas animales.
Los anfípodos son animales ideales para estudiar estos genes porque cada segmento tiene un tipo específico de pata seleccionada por nueve genes Hox diferentes, dijo Martin.
"Son extremidades en sentido amplio, realmente apéndices", dijo. "Algunos tienen una función sensorial: las antenas. Otros tienen una función de alimentación prensil, como las garras de la langosta. Otros apéndices tienen una locomotorafunción - las patas - o cosas que tienen más forma de paleta para nadar. Estas diferencias dentro de un animal están definidas por la expresión Hox ".
Para investigar la función de seis de estos genes Hox, los investigadores emplearon un enfoque de martillo: usar las enzimas CRISPR-Cas9 para romper y deshabilitar uno de los seis genes en cada embrión de anfípodo, de modo que todo el organismo careciera de ese gen solo.Luego pudieron identificar qué genes controlan qué apéndice.
"En una de las transformaciones más espectaculares, tomamos las piernas de natación plumosas ubicadas en la parte delantera del abdomen y, al eliminar un gen, las transformamos en lo que se ve exactamente como una pierna de salto grande que normalmente se encuentra en el último segmento torácico", Dijo Patel." En otro experimento, básicamente mostramos exactamente cómo se hace un isópodo a partir de un anfípodo: se mueve un gen llamado 'abdominal-A' fuera del tórax, y esto hará que todas las piernas que caminan sean similares y apunten a todasen la misma dirección."
Patel señaló que en la evolución real, los genes no suelen romperse o eliminarse, sino que se modifican, su expresión se activa o desactiva en diferentes segmentos para obtener diferentes efectos ". Sin quitar primero el gen para ver el efecto general, no podemosincluso comenzar a adivinar cuál sería el papel de moverse alrededor de la expresión ", dijo Patel." Ahora podemos encontrar un código que especifique qué tipo de extremidad se desarrolla dada la combinación de genes Hox que se expresan allí, y estamos llevandoa cabo nuevos experimentos para probar aún más este código "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - Berkeley . Original escrito por Robert Sanders. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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