Si los científicos pudieran regular con precisión la expresión génica, podrían desactivar los genes responsables de enfermedades y activar aquellos que mejoran la salud y el sistema inmunológico.
«Es por eso que controlar la expresión génica es tan fundamental», dijo Julius Lucks de la Universidad Northwestern. «Una vez que lo manejas bien, puedes hacer cualquier cosa».
Para Lucks, tener un «buen» manejo de la expresión génica podría ser un eufemismo. Él y su equipo han desarrollado una herramienta poderosa y versátil que logra la activación de genes miles de veces mejor que la naturaleza.
«Todo lo que hicimos fue hacer un interruptor de ARN que enciende un gen», dijo Lucks, profesor asociado de ingeniería química y biológica en la Escuela de Ingeniería McCormick de Northwestern. «Pero lo que realmente lo hace increíble es que es muy, muy, muy bueno».
Con el apoyo de la Fundación Nacional de Ciencias, la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa y los Fondos Searle en Chicago Community Trust, la investigación se publicó en línea el 19 de octubre en la revista Comunicaciones de la naturaleza. James Chappell, becario postdoctoral en el laboratorio de Lucks y ahora profesor asistente en la Universidad de Rice, fue el primer autor del artículo.
Usando un enfoque de diseño computacional, Lucks creó el interruptor mediante la programación molecular de una molécula de ARN llamada Small Transcription Activating RNA, o STAR, que su grupo había descubierto previamente. Luego usa un algoritmo, desarrollado por el ex alumno de Northwestern Joe Zadeh (2003), para optimizar el STAR para aplicaciones específicas. Una empresa externa usa los resultados del algoritmo para construir una pieza física de ARN, que luego Lucks usa en experimentos.
Lucks compara las ESTRELLAS con un interruptor de luz.
«Para que suceda algo en biología, la ‘luz’ tiene que estar encendida», dijo Lucks, miembro del Centro de Biología Sintética de Northwestern. «Siempre estamos interesados en encender las cosas, así que encontramos una manera de diseñar algunos interruptores de luz realmente buenos».
Continuando con la analogía, los interruptores de ARN que se encuentran en la naturaleza no pueden encender o apagar las «luces» por completo. A menudo, la habitación está constantemente oscura en lugar de completamente oscura o brillantemente iluminada. Pero los investigadores han deseado tener un control más estricto del sistema. Lucks’ STAR puede encender la luz, o activar un gen, 9.000 veces más brillante que sin la presencia de STAR, proporcionando la habitación completamente oscura o iluminada que los investigadores han carecido.
«Si estudias un sistema para explorar lo que hace un gen, quieres saber qué hace cuando está completamente encendido o apagado», explica Lucks. «No cuando el gen está allí oa mitad de camino. Eso es mucho más difícil de desentrañar».
Eso es particularmente cierto para las aplicaciones de diagnóstico, que Lucks planea seguir con su nueva herramienta. Debido a que el ARN sobresale en la detección de otras cadenas de ARN, los STAR podrían ser útiles para diagnosticar virus de ARN. Para hacer esto, el interruptor de Lucks podría diseñarse para encenderse en presencia de uno de estos virus.
«Tienes que tener un control muy estricto para lograr esto», dijo Lucks. «No quieres una señal a mitad de camino porque terminarás con falsos positivos. Necesitas una señal clara».
Sin embargo, el diagnóstico es solo una de las cosas que los investigadores pueden lograr con los STAR. Lucks también está interesado en usarlos para la ingeniería metabólica, la regulación de redes de ARN y más.
«Esta es una tecnología habilitadora y tenemos colaboraciones que comienzan de inmediato», dijo Lucks. «De repente, todas estas cosas diferentes son posibles. Y eso es simplemente increíble».
