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CRISPR Cas-9 utilizado para crear camadas de ratones de un solo sexo

by notiulti

Científicos del Instituto Francis Crick, en colaboración con Universidad de Kent, han utilizado tecnología de edición de genes para crear camadas de ratones solo para hembras y machos con una eficiencia del 100%.

Este estudio de prueba de principio, publicado en Comunicaciones de la naturaleza hoy (viernes 3 de diciembre), demuestra cómo la tecnología podría usarse para mejorar el bienestar animal en la investigación científica y quizás también en la agricultura.

En la investigación científica y también en la agricultura, a menudo existe la necesidad de animales machos o hembras. Por ejemplo, la investigación de laboratorio sobre la reproducción masculina o femenina requiere solo animales del sexo que se está estudiando. Y en la agricultura, solo se requieren hembras para la producción de huevos y en los rebaños lecheros. Esto significa que es una práctica común que los animales del sexo no requerido sean sacrificados después del nacimiento.

El nuevo método de los investigadores utiliza un sistema genético de dos partes para inactivar los embriones poco después de la fertilización, permitiendo que se desarrolle solo el sexo deseado. Un método de base genética para controlar el sexo de la descendencia podría reducir drásticamente el sacrificio en ambas industrias.

La selección de embriones se basa en el hecho de que hay dos elementos de CRISPR-Cas9: la enzima Cas9 que corta el ADN, lo que permite a los científicos alterar regiones específicas, y el ARN guía que lleva el Cas9 a la ubicación correcta en el genoma. El equipo colocó un elemento del sistema en el cromosoma X o Y del padre, lo que significa que solo será heredado por embriones masculinos o femeninos, respectivamente. El otro elemento lo aporta la madre y lo heredan todos los embriones.

Apuntaron a la Top1 gen, que es esencial para la replicación y reparación del ADN. Cuando un embrión se formó a partir de un espermatozoide y un óvulo, cada uno con la mitad de CRISPR-Cas9, se desencadenó la edición genética en el embrión y no pudo desarrollarse más allá de una etapa muy temprana de alrededor de 16 a 32 células.

Con este método, los investigadores pudieron controlar, con un efecto del 100%, el sexo de una camada. Para producir una camada solo para hombres, los investigadores editaron el cromosoma X del padre, lo que significa que solo las mujeres heredaron la mutación deletérea, y para una camada solo para mujeres, editaron el cromosoma Y.

Sorprendentemente, el método no dio lugar a una disminución del 50% en el número de crías producidas, sino que el tamaño de la camada se situó entre el 61% y el 72% de las camadas de control. Los investigadores sugieren que esto se debe a que animales como los ratones producen más huevos de los necesarios durante cada ciclo ovárico, lo que permite que una parte de ellos se pierda durante el desarrollo temprano sin reducir el tamaño de la camada. Esto significa que en situaciones en las que se necesita un sexo, se necesitarán menos animales reproductores para producir el mismo número de descendientes del sexo deseado.

Como el Top1 gen está bien conservado en mamíferos, estos resultados también pueden ser aplicables a otros animales.

Charlotte Douglas, primera autora y ex estudiante de doctorado y científica postdoctoral en Crick, dice: “Este método funciona cuando dividimos el proceso de edición del genoma por la mitad, entre un hombre y una mujer, y solo cuando las dos mitades se encuentran en un embrión a través de la cría, que se activa. Los embriones con ambas mitades no pueden desarrollarse más allá de las etapas celulares muy tempranas.

“También hemos demostrado que este proceso funciona con éxito en diferentes combinaciones, introduciendo los elementos Cas9 o el ARN guía en los cromosomas de la madre o del padre”.

Como la descendencia que sobrevive solo contiene la mitad de los elementos CRISPR-Cas9 dentro de su genoma, esto actúa como un control que evita que la selección de sexo se transmita a generaciones posteriores, a menos que se críe selectivamente con un individuo del sexo opuesto que contenga al otro. mitad. Esto es diferente a la ingeniería genética a través de métodos de “impulso genético”, que buscan difundir una mutación genética ampliamente entre una población.

Tampoco hay efectos dañinos de la edición genética en la descendencia sobreviviente.

James Turner, autor y líder de grupo de la Laboratorio de Biología de Cromosomas Sexuales at the Crick dice: “Este trabajo podría tener un impacto inmediato y valioso en los laboratorios científicos, ya que hemos demostrado cómo es seguro y eficaz en ratones, un mamífero común utilizado en la investigación médica y científica. Si bien muchas investigaciones necesitan ambos sexos, hay áreas de estudio en las que solo se necesita uno. Por ejemplo, al estudiar el sistema reproductivo, enfermedades específicas del sexo o ciertas hormonas “.

Peter Ellis, autor y profesor titular de genética molecular y reproducción en Universidad de Kent, dice: “Las implicaciones de este trabajo son potencialmente de gran alcance cuando se trata de mejorar el bienestar animal, pero deben ser consideradas a niveles éticos y regulatorios.

“En particular, antes de cualquier uso potencial en la agricultura, se necesitaría una amplia conversación y debate público, así como cambios en la legislación. Desde el punto de vista científico, también queda mucho trabajo por hacer durante varios años. Se necesita más investigación, primero para desarrollar los conjuntos de herramientas de edición de genes particulares para diferentes especies, y luego para verificar que sean seguros y efectivos “.

Referencia: Douglas C, Maciulyte V, Zohren J, et al. Los efectores CRISPR-Cas9 facilitan la generación de camadas de un solo sexo y fenotipos específicos de cada sexo. Nat Comms. 2021; 12 (1): 6926. doi: 10.1038 / s41467-021-27227-2.

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