Cuando se activa un gen, varios tramos de ADN cercanos actúan como ‘marcadores de control’, lo que influye en el nivel de actividad y la cantidad de producto génico que se produce. Usando la bacteria Mycoplasma pneumoniae como modelo, el director del CRG, el profesor Luis Serrano, y su equipo desarrollaron una forma rápida de escanear miles de secuencias de ADN generadas aleatoriamente en busca de aquellas que pudieran activar de manera eficiente un gen ‘reportero’*.
Los investigadores utilizaron la nueva técnica, conocida como ELM-seq, para encontrar secuencias de ADN que aumentan considerablemente los niveles de transcripción, el proceso mediante el cual se ‘lee’ un gen para producir un mensaje intermedio conocido como ARN. También buscaron secuencias que mejoren la eficiencia de la traducción, cuando los mensajes de ARN se interpretan para construir productos como moléculas de proteína. El método ELM-seq patentado se basa en la medición indirecta de la actividad de un gen que codifica una proteína que agrega una «etiqueta» química específica al ADN. Si el gen es más activo, dejará más etiquetas en el ADN. Estas etiquetas se detectan y miden utilizando una técnica de análisis de ADN sensible conocida como secuenciación paralela masiva, que proporciona una lectura cuantitativa de los niveles de actividad del gen.
Publicación de sus hallazgos en la revista de acceso abierto. Comunicaciones de la naturaleza, los investigadores descubrieron secuencias de ADN para ‘marcadores de control’ que constantemente producen niveles muy altos de actividad genética. También revelaron información previamente desconocida sobre los tipos de secuencias de ADN que funcionan mejor. Curiosamente, el equipo descubrió que la primera ‘letra’ (base) del mensaje de ARN es muy importante para la transcripción génica eficiente. También encontraron que la estructura tridimensional del mensaje de ARN juega un papel clave en la determinación de qué tan bien se traducirá el ARN para producir proteínas, en lugar de secuencias específicas que antes se pensaba que eran esenciales para una traducción eficiente.
«Las técnicas anteriores que se han utilizado para investigar las secuencias de control del ADN generalmente se basan en clasificar las células una por una y medir la actividad genética en cada una de ellas», dice la Dra. Eva Yus, autora principal del artículo. «Sin embargo, nuestro nuevo enfoque utiliza tecnología de secuenciación de ADN de vanguardia para medir con precisión los efectos de miles de secuencias en la actividad genética al mismo tiempo».
micoplasma pneumoniae tiene un genoma muy pequeño, lo que lo hace relativamente fácil de estudiar. Pero si bien este estudio ha demostrado que la técnica funciona en un organismo simple, también podría aplicarse a otras especies bacterianas, levaduras o incluso células humanas para encontrar información útil sobre cómo se controlan los genes y cómo se pueden manipular.
«Si queremos usar bacterias u otras células para aplicaciones biotecnológicas, debemos diseñarlas para que produzcan la máxima cantidad de producto. Pero es muy difícil si no tenemos información sobre las secuencias óptimas para controlar los genes», dice el Dr. Jae. -Seong Yang, coautor del estudio.
Porque micoplasma pneumoniae normalmente infecta los pulmones, el equipo ahora planea usar su nuevo conocimiento para desarrollar terapias basadas en bacterias modificadas genéticamente para tratar enfermedades pulmonares. Sus objetivos incluyen infecciones pulmonares, cáncer e incluso enfoques para regenerar tejido dañado.
«Ahora tenemos una gran variedad de secuencias de control que podemos usar para ajustar los niveles de las proteínas que queremos producir en los pulmones, como un conjunto de herramientas que podemos usar para controlar la actividad de los genes», explica el profesor Serrano. “Además, esta técnica es una forma muy económica y rápida de encontrar las secuencias que rigen la transcripción y la traducción, y podría usarse para cualquier aplicación biotecnológica u organismo”.
