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Manera de bajo costo para construir secuencias génicas
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Manera de bajo costo para construir secuencias génicas

Forma de bajo costo para construir secuencias de genes
DropSynth puede generar miles de genes a la vez por solo unos pocos dólares cada uno.

Los científicos de UCLA usaron DropSynth para generar miles de genes bacterianos con diferentes versiones de fosfopanteteína adenililtransferasa, o PPAT (en la imagen).
Crédito: Sriram Kosuri / UCLA
Una nueva técnica iniciada por investigadores de UCLA podría permitir a los científicos en cualquier laboratorio de bioquímica típico hacer sus propias secuencias de genes por solo $ 2 por gen. Los investigadores ahora generalmente compran secuencias genéticas de proveedores comerciales por $ 50 a $ 100 por gen.

El enfoque, DropSynth, que se describe en una edición reciente de la revista Science, permite producir miles de genes a la vez. Los científicos usan secuencias de genes para detectar el papel del gen en enfermedades y procesos biológicos importantes.

"Nuestro método le da a cualquier laboratorio que quiera el poder para construir sus propias secuencias de ADN", dijo Sriram Kosuri, profesor asistente de UCLA de química y bioquímica y autor principal del estudio. "Esta es la primera vez que, sin un millón de dólares, un laboratorio promedio puede generar 10.000 genes desde cero".

Cada vez más, los científicos que estudian una amplia gama de temas en medicina, desde la resistencia a los antibióticos al cáncer, realizan experimentos de "alto rendimiento", lo que significa que simultáneamente filtran cientos o miles de grupos de células. El análisis de grandes cantidades de células, cada una con pequeñas diferencias en su ADN, por su capacidad para llevar a cabo un comportamiento o sobrevivir a un tratamiento farmacológico puede revelar la importancia de determinados genes, o secciones de genes, en esas habilidades.

Tales experimentos requieren no solo grandes cantidades de genes, sino también que esos genes están secuenciados. En los últimos 10 años, los avances en la secuenciación han permitido a los investigadores determinar simultáneamente las secuencias de muchas cadenas de ADN. Entonces, el costo de la secuenciación se ha desplomado, incluso cuando el proceso de generación de genes ha sido comparativamente lento y costoso.

"Existe una necesidad constante de desarrollar nuevas técnicas de síntesis genética", dijo Calin Plesa, investigador postdoctoral de la UCLA y coautor del artículo. "Mientras más ADN puedas sintetizar, más hipótesis puedes probar".

Los métodos actuales para sintetizar genes, dijo, o bien limitan la longitud de un gen a aproximadamente 200 pares de bases -los conjuntos de nucleótidos que conforman el ADN- o son prohibitivamente costosos para la mayoría de los laboratorios.

El nuevo método consiste en aislar pequeñas secciones de miles de genes en pequeñas gotas de agua suspendidas en un aceite. A cada sección de ADN se le asigna un "código de barras" molecular, que identifica el gen más largo al que pertenece.

Luego, las secciones, que inicialmente están presentes solo en cantidades muy pequeñas, se copian muchas veces para aumentar su número. Finalmente, se usan pequeñas perlas para clasificar la mezcla de fragmentos de ADN en las combinaciones correctas para hacer genes más largos, y las secciones se combinan. El resultado es una mezcla de miles de genes deseados, que pueden usarse en experimentos.

Para mostrar que la técnica funcionó, los científicos usaron DropSynth para generar miles de genes bacterianos, cada uno con una longitud de hasta 669 pares de bases. Cada gen codificaba una versión de una bacteria diferente de la proteína metabólica fosfopanteteína adenililtransferasa, o PPAT, que las bacterias necesitan para sobrevivir. Debido a que PPAT es fundamental para las bacterias que causan todo, desde infecciones sinusales hasta neumonía e intoxicación alimentaria, se está estudiando como un posible objetivo de antibióticos.

Los investigadores crearon una mezcla de las miles de versiones de PPAT con DropSynth, y luego agregaron cada gen a una versión de E. coli que carecía de PPAT y probaron cuáles permitieron que E. coli sobreviviera. Las células supervivientes podrían usarse para detectar antibióticos potenciales muy rápidamente y a bajo costo.

DropSynth también podría ser útil para diseñar nuevas proteínas. Actualmente, los científicos pueden usar programas de computadora para diseñar proteínas que cumplan con ciertos parámetros, como la capacidad de unirse a ciertas moléculas, pero DropSynth podría ofrecer a los investigadores cientos o incluso miles de opciones para elegir las proteínas que mejor se adapten a sus necesidades.

El equipo aún está trabajando para reducir la tasa de error de DropSynth. Mientras tanto, los científicos pusieron las instrucciones a disposición del público en su sitio web. Todas las sustancias químicas necesarias para replicar el enfoque están disponibles comercialmente.

Los otros autores del estudio son estudiantes graduados Nathan Lubock y Angus Sidore de UCLA, y Di Zhang de la Universidad de Pensilvania.

Los fondos para el estudio fueron proporcionados por la Organización Holandesa para la Investigación Científica, el Programa de Ciencias Human Frontier, la Fundación Nacional de Ciencias, los Institutos Nacionales de Salud, el Programa Searle Scholars, el Departamento de Energía de EE. UU. Y Linda y Fred Wudl.


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