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Creando un genoma rápidamente desde cero
Se ha utilizado una técnica de síntesis rápida de ADN para sintetizar un genoma mitocondrial completo desde cero. El nuevo método será utilizado para fabricar vacunas rápidamente por una empresa nueva llamada Synthetic Genomics Vaccines.
Creador de genomas: Daniel Gibson, profesor del Instituto J. Craig Venter, está desarrollando nuevas formas de unir el ADN.
La nueva técnica permite a los biólogos ensamblar grandes piezas de ADN a partir de diseños editados en una computadora más rápidamente que antes. Investigadores del Instituto J. Craig Venter en Rockville, Maryland, utilizó el método para hacer el genoma completo de un orgánulo celular llamado mitocondrias, un paso que podría conducir a terapias para enfermedades metabólicas. Synthetic Genomics se está asociando con el gigante farmacéutico Novartis para acelerar el desarrollo de vacunas contra la influenza utilizando este enfoque.
Al poder sintetizar ADN rápidamente, podemos hacer una nueva vacuna de semilla para la influenza en 24 horas o menos, dice J. Craig Venter , fundador y presidente del instituto. Ahora se necesitan varios meses para producir una nueva vacuna contra la influenza.
Antes de cada temporada de influenza, los epidemiólogos monitorean la rápida evolución del virus de la influenza durante un período de meses, y Organización Mundial de la Salud (OMS) adivina qué tres cepas tienen más probabilidades de propagarse. Luego, la OMS desarrolla versiones debilitadas de estos virus, y estas reservas de semillas se distribuyen a los fabricantes de vacunas, quienes incuban la vacuna del virus debilitado en huevos de gallina, un proceso que toma 35 días.
Investigadores del Instituto J. Craig Venter, dirigido por el profesor de instituto Daniel Gibson , han ideado una técnica para sintetizar tramos de ADN en el rango de tamaño de los genomas virales. Con el material de partida adecuado, el proceso se puede realizar en unas pocas horas.
Al trabajar con una secuencia de ADN almacenada en un archivo de computadora, los investigadores primero la dividen en piezas superpuestas que son lo suficientemente pequeñas como para producirlas de manera económica y rápida a partir de productos químicos embotellados. Esto se hace usando una máquina estándar llamada sintetizador de ADN. Luego, varios tramos de ADN se combinan con una mezcla de enzimas que los une en aproximadamente 15 minutos. Las piezas más largas se vuelven a juntar entre sí y la misma mezcla de enzimas las une en una secuencia ordenada aún más larga. La clave, dice Gibson, fue encontrar la combinación correcta de tres enzimas para unir todos los fragmentos de ADN.
Esta primavera, el grupo de Gibson utilizó una técnica más laboriosa para hacer la primera célula sintética. Editaron un genoma bacteriano en la computadora, lo sintetizaron con la ayuda de levadura y luego lo trasplantaron a otra especie de bacteria. Usar levadura para unir el genoma lleva un tiempo porque la levadura tiene que crecer durante la noche para unir los fragmentos de ADN. La levadura todavía es necesaria para producir algo tan grande como un genoma bacteriano completo porque puede funcionar con mucho más ADN que las sustancias químicas utilizadas en el nuevo método.
Para producir genomas más pequeños, incluidos los de las vacunas, los investigadores del Instituto Venter no necesitan levadura. Si ya han hecho las piezas iniciales más cortas de ADN, dice Gibson, pueden juntar una reserva de semilla de vacuna completa, o el genoma de un orgánulo celular como la mitocondria, en un solo día. Eso es exactamente lo que hicieron en el trabajo descrito en un artículo publicado esta semana en la revista Métodos de la naturaleza .
La mitocondria es una parte vital de todas las células animales, juega un papel importante en el metabolismo y tiene su propio genoma. Las enfermedades mitocondriales pueden provocar sordera, diabetes, debilidad muscular, problemas de aprendizaje y muchos otros problemas. Al utilizar el método de síntesis rápida de ADN para estudiar las mitocondrias, esperamos ver qué causa estos problemas a nivel genético y ver si podemos solucionarlos, dice Gibson.
Durante los próximos tres años, Vacunas de genómica sintética se asociará con Novartis para utilizar estos métodos para fabricar existencias de vacunas contra la influenza. Novartis está trabajando en un método de crecimiento de vacunas a base de células para reemplazar los huevos de gallina que se utilizan para cultivar vacunas en la actualidad. Esto eliminaría la necesidad de adaptar los virus a las aves, lo que aumenta el tiempo y, en general, debería ser más rápido. El enfoque aún no está aprobado por la Administración de Alimentos y Medicamentos de EE. UU., Pero los ensayos están en curso.
Venter dice que la técnica de síntesis de ADN más rápida también podría hacer posible mantenerse al día con patógenos de evolución aún más rápida que cambian demasiado rápido para que el desarrollo de vacunas convencionales lo mantenga. Esto incluye el VIH, la malaria y el rinovirus, una de las causas del resfriado común.