Un estudio del MIT revela que la estructura del ADN cambia al activarse un gen, afectando la expresión de genes vecinos. Esto podría mejorar el diseño de circuitos genéticos sintéticos.
Un nuevo estudio realizado por investigadores del MIT revela que la activación de un gen en una célula genera un efecto dominó a lo largo de la cadena de ADN, alterando su estructura física. Este fenómeno permite que los genes vecinos se estimulen o supriman entre sí, lo que abre nuevas posibilidades para el control de circuitos genéticos sintéticos.
Los efectos observados dependen del orden en que se encuentran los genes en la cadena de ADN. Generalmente, los genes situados antes del gen activo tienden a ser potenciados, mientras que aquellos ubicados más abajo son inhibidos. Esta investigación proporciona una guía valiosa para optimizar la producción de circuitos genéticos, sugiriendo que al modificar el “sintaxis genética”, los científicos podrían crear circuitos que trabajen en sinergia para maximizar su rendimiento o alternar la expresión de diferentes genes.
“Esto es realmente emocionante porque podemos coordinar la expresión génica de maneras que antes no eran posibles”, afirma Katie Galloway, profesora asistente de ingeniería química en el MIT y autora principal del estudio publicado en Science. Junto a ella, el postdoctorado Christopher Johnstone, también del MIT, lidera este trabajo con otros colaboradores de distintas instituciones.
Cuando un gen se transcribe a ARN mensajero, es necesario desenrollar la doble hélice del ADN para permitir que una enzima llamada ARN polimerasa acceda y comience el proceso. Este desenrollado provoca cambios físicos en la estructura del ADN: mientras que hacia arriba del gen activo las cadenas se aflojan, hacia abajo se compactan más. Esto afecta directamente la capacidad de acceso de la ARN polimerasa al ADN.
En un estudio previo, Galloway y Johnstone realizaron modelaciones computacionales sobre cómo estas alteraciones físicas pueden influir en la expresión génica. Identificaron tres configuraciones principales: tandem, divergente y convergente. La configuración divergente mostró ser la más efectiva para producir alta expresión en ambos genes involucrados.
Los investigadores llevaron sus hallazgos al laboratorio al implementar circuitos con dos genes en diferentes configuraciones dentro de líneas celulares humanas. Los resultados confirmaron sus predicciones: los circuitos divergentes amplificaron la expresión de ambos genes, mientras que los circuitos en tándem mostraron que activar el gen superior suprimía al inferior.
Estos descubrimientos podrían transformar el diseño de circuitos genéticos sintéticos, permitiendo manipulaciones biofísicas además de las interacciones bioquímicas tradicionales. Galloway subraya: “Ahora hemos añadido la construcción física de esos componentes, lo cual cambiará cómo se interpretan esas unidades bioquímicas”.
Como ejemplo práctico, los investigadores construyeron circuitos sintéticos con genes relacionados con un novedoso anticuerpo utilizado contra la fiebre amarilla y observaron que el uso de sintaxis divergente resultó en una mayor producción del anticuerpo. Esta metodología también podría aplicarse a otras áreas como terapias génicas o reprogramación celular.
Con estos avances, se vislumbra un futuro donde sea posible diseñar circuitos sintéticos dinámicos capaces de controlar con precisión la expresión génica según las necesidades específicas.
La disposición de los genes, conocida como "sintaxis genética", influye en cómo se expresan. Los genes que están más cerca del gen activo tienden a ser estimulados si están en una configuración divergente, mientras que los genes downstream suelen ser inhibidos en configuraciones tandem.
Los nuevos hallazgos permiten a los diseñadores de circuitos genéticos manipular no solo las interacciones bioquímicas, sino también las propiedades físicas del ADN para controlar la expresión génica de manera más precisa y efectiva.
Esta investigación podría facilitar la creación de circuitos sintéticos dinámicos, como interruptores o generadores de pulsos, que requieren un control preciso sobre la expresión génica, lo cual es útil en terapias génicas y otros campos biomédicos.