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Artículo publicado por Anne Trafton el 21 de septiembre de 2015 en MIT News

Traducción realizada por Dina Ródenas

Un sensor basado en las proteínas podría detectar infecciones víricas o eliminar células cancerosas.

Ingenieros en Biología del MIT han desarrollado un sistema modular de proteínas que pueden detectar una secuencia concreta de ADN en una célula y, en base a ello, desencadenar una respuesta específica, como podría ser la muerte celular.

Este sistema puede personalizarse para detectar cualquier secuencia de ADN en células de mamíferos, y provocar la respuesta deseada, que incluye la destrucción de células cancerosas, o células infectadas por un virus, dicen los investigadores.

A la izquierda, células en rojo con sistema de detección activo. A la derecha, células en verde que han detectado carga viral

A la izquierda, células en rojo con sistema de detección activo. A la derecha, células en verde que han detectado carga viral Crédito: Shimyn Slomovic

“Hay una gran gama de aplicaciones para las que esto podría ser importante”, comenta James Collins, Catedrático Termeer de Ingeniería Médica y Ciencia, en el IMES (Department of Biological Engineering and Institute of Medical Engineering and Science del MIT). “Esto te permite diseñar fácilmente un sistema que de capacidad a una célula programada tanto detectar ADN como actuar basándose en esa detección, mediante un sistema de alerta y/o de respuesta”.

Collins es el director del equipo que trabajó en un artículo publicado el 21 de septiembre en la revista Nature Methods, que describe esta tecnología, basada en un tipo proteínas de unión al ADN conocidas como dedos de zinc. Estas proteínas pueden diseñarse para reconocer cualquier secuencia de ADN.

“Las tecnologías están ahí para diseñar proteínas que se unan prácticamente a cualquier secuencia de ADN que queramos”, dice Shimyn Slomovic, postdoctorado del IMES y autor principal del artículo. “Esto se está usando de muchas formas, pero no demasiado para la detección. Creemos que hay mucho potencial si aprovechamos esta tecnología de diseño de uniones al ADN para usarla en detección”

Sentido y respuesta

Para crear este nuevo sistema, los investigadores necesitaban asociar la capacidad de enlace de los dedos de zinc a una respuesta: o bien activar una proteína fluorescente que revelara que el ADN diana está presente, o bien generar algún otro tipo de acción dentro de la célula.

Los investigadores llegaron a esta conclusión mediante el uso de un tipo de proteína conocida como “inteína” (una proteína corta que puede insertarse en una proteína mayor, dividiéndola en dos partes). Las partes divididas, conocidas como “exteínas” sólo se convierten en funcionales una vez que la inteína desaparece, al volver a unirse sus dos mitades.

Collins y Slomovic decidieron dividir una inteína en dos, y luego unir cada una de esas porciones a una exteína dividida, y a un dedo de zinc. Los dedos de zinc están diseñados para reconocer secuencias de ADN adyacentes dentro del gen diana, así que si ambos encuentran las secuencias correspondientes, las inteínas se alinean y luego se dividen, permitiendo que las mitades de exteína se vuelvan a unir y formen una proteína funcional. La exteína es un factor de transcripción diseñado para activar cualquier gen que los investigadores deseen.

En este trabajo, vincularon la producción de una proteína verde fluorescente (GFP – green fluorescent protein) al reconocimiento por parte de los dedos de zinc de la secuencia de ADN de un adenovirus, de modo que cada célula infectada adquiriera un resplandor verde.

Este enfoque podría usarse no sólo para poner de manifiesto qué células están infectadas, sino también para destruirlas. Para llegar a este punto, los investigadores podrían programar el sistema de modo que éste produzca proteínas que alerten a las células inmunitarias para que combatan la infección, en lugar de que produzcan GFP.

“Como este diseño es modular, tiene el potencial de provocar casi cualquier respuesta que se desee”, dice Slomovic. “Puedes programar la célula para que se autodestruya, o para que secrete proteínas que permitan al sistema inmune identificarla como una célula enemiga, y ocuparse de ella”.

Martin Fussenegger, profesor de Biotecnología y Bioingeniería en el Swiss Federal Institute of Technology de Zurich, describe este experimento como una “elegante prueba de concepto” que puede llevar a desarrollar tratamientos ostensiblemente mejorados para tratar las infecciones víricas.

“Las células centinela diseñadas con el sistema de ADN de estímulo-respuesta pueden ser capaces algún día de detectar y eliminar virus de nuestro organismo. Esto representaría un importante avance en lo que a terapias antivirales se refiere”, dice Fussenegger, que no estuvo implicado en este estudio.

Los investigadores del MIT también han puesto a prueba este sistema para destruir células haciendo que, con la detección del ADN de la célula diana, se genere una enzima llamada NTR. Esta enzima activa un precursor inocuo de un medicamento, llamado CB 1954, que los investigadores añaden a la placa de petri en la que las células se están desarrollando. Cuando la NTR activa el CB 1954, éste destruye las células.

Las versiones futuras del sistema podrían ser diseñadas para unirse a secuencias de ADN que se encuentran en los genes cancerosos y, entonces, producir factores de transcripción que sean capaces de activar en las células mecanismos para desencadenar su propia muerte.

Herramienta de búsqueda

Los investigadores están ahora mismo adaptando este sistema para detectar provirus latentes del VIH, que permanecen en este estado en algunas células infectadas, incluso después del tratamiento. Saber más sobre estos virus puede ayudar a los científicos a encontrar nuevas formas de eliminarlos de un modo permanente.

“El provirus latente del VIH es, casi con seguridad, el último obstáculo para llegar a la cura del SIDA, que hoy por hoy es una enfermedad incurable, simplemente porque la secuencia del provirus está ahí, latente, y no hay forma de erradicarlo”, señala Slomovic.

Pese a que el tratamiento de enfermedades usando este sistema está a años vista de ser una realidad, podría usarse mucho antes como herramienta de investigación, comenta Collins. Por ejemplo, los científicos podrían usarlo para probar si el material genético ha llegado correctamente a las células que están tratando de modificar genéticamente. Podría inducirse la auto destrucción de las células que no hayan recibido los nuevos genes, creando así un cultivo puro, con sólo las células deseadas.

Sería posible usarlo también en el estudio de la inversión y transposición de cromosomas que se da en las células cancerosas, o para estudiar las estructuras 3D de los cromosomas normales, comprobando si dos genes situados lejos uno del otro en un plegamiento cromosómico determinado, podrían terminar estando uno al lado del otro, dicen los investigadores.

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