ESPECIES sintéticas desarrolladas para su uso como impulso genético contenible

Las tecnologías basadas en CRISPR ofrecen un enorme potencial para la salud y la seguridad humanas, desde la erradicación de enfermedades hasta el suministro de alimentos enriquecidos. Por ejemplo, los impulsores genéticos basados ​​en CRISPR, que están diseñados para difundir rasgos específicos entre las poblaciones objetivo, se están desarrollando para detener la transmisión de enfermedades devastadoras como la malaria y el dengue.

Pero muchos científicos y especialistas en ética han expresado su preocupación por la propagación incontrolada del impulso genético. Una vez desplegado en la naturaleza, ¿cómo pueden los científicos evitar que el impulso genético se propague incontrolablemente a través de poblaciones como los incendios forestales?

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

Los científicos describen su desarrollo de ESPECIES (barreras postzigóticas sintéticas que explotan incompatibilidades basadas en CRISPR para especies diseñadas) como una innovación de prueba de concepto que podría transferirse a otras especies, como los vectores de enfermedades. La propagación de impulsores genéticos que limitan las plagas que se alimentan de cultivos alimenticios valiosos es otro ejemplo de una aplicación potencial de ESPECIES.

“Las transmisiones genéticas pueden extenderse potencialmente más allá de los límites previstos 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 en la UC San Diego y líder autor del artículo. , que se publica en la revista Comunicación 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 la misma especie se separan con el tiempo, por ejemplo, debido a la formación de nuevas tierras, la separación sísmica o algún otro evento geológico, una nueva especie puede eventualmente evolucionar a partir de la desconexión física. Si la nueva especie finalmente se aparease con la especie original, podría producir una descendencia inviable debido a los cambios biológicos que siguen a la separación por 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.

“Aunque la especiación ocurre sistemáticamente en la naturaleza, crear una nueva especie artificial es en realidad un desafío de bioingeniería bastante grande”, 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 inducir elegantemente la especiación”.

Conceptualmente, cuando las ESPECIES se despliegan en la naturaleza en un número suficiente, pueden cruzar una población de manera controlada 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.

“Puede propagar una ESPECIE antipalúdica a una población objetivo de una manera que se pueda contener y controlar”, dijo Akbari. “Dado que las ESPECIES son incompatibles con los mosquitos de tipo salvaje, sus poblaciones pueden controlarse y revertirse limitando su población umbral por debajo del 50%. Esto le da la flexibilidad de limitar y revertir su propagación si lo desea. “

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

“Básicamente, esto nos permite aprovechar todo el poder del impulso genético, 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 pregrado de UC San Diego), Ting Yang, Junru Liu (actual estudiante de doctorado en Ciencias Biológicas), Igor Antoshechkin, John Marshall, Michael Perry y Omar Akbari.