CRISPR-Cas en las clases de laboratorio

Dibujo20170221 crispr cas in the laboratory classroom nature 10 1038 nmicrobiol 2017 18

La técnica de edición genómica CRISPR–Cas ya ha alcanzado la madurez suficiente para ser propuesta como una herramienta docente en microbiología. Las secuencias CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) y las proteínas expresadas por los genes cas actúan como un sistema inmune para ciertas arqueas y procariotas. Tras una infección vírica (bacteriófago), cierto trozo del virus se incorpora como secuencia CRISPR gracias a la maquinaria Cas. La secuencia CRISPR es transcrita a pequeños trozos de ARN capaces de reconocer futuras invasiones y activar el sistema Cas para cortar el ADN invasor.

La tecnología CRISPR–Cas9 se inspira en este sistema bacteriano para editar un genoma tanto en procariotas como en eucariotas. El sistema es tan barato y sencillo (al menos en procariotas) que profesores de bioquímica de la Université Laval, Québec, Canadá, llevan tres años incorporándola en sus clases de laboratorio de microbiología para alumnos de grado. Usan la bacteria Streptococcus Thermophilus, muy usada en la industria biotecnológica para fabricar yogurt y que queso. Así integran conocimiento de microbiología, virología, bioinformática y sistemas CRISPR–Cas. El protocolo es tan robusto que incluso las manos inexpertas de un alumno permiten su uso exitoso.

El artículo es Alexander P. Hynes, Marie-Laurence Lemay, …, Sylvain Moineau, “Detecting Natural Adaptation of the Streptococcus Thermophilus CRISPR-Cas Systems in Research and Classroom Settings,” Nature Protocols 12: 547-565 (16 Feb 2017), doi: 10.1038/nprot.2016.186, como nos cuentan en Luc Trudel, Michel Frenette, Sylvain Moineau, “CRISPR–Cas in the laboratory classroom,” Nature Microbiology 2: 17018 (17 Feb 2017), doi: 10.1038/nmicrobiol.2017.18. Sobre la historia de la ciencia básica detrás de la técnica recomiendo leer a Francisco J. M. Mojica, Francisco Rodriguez-Valera, “The discovery of CRISPR in archaea and bacteria,” The FEBS Journal 283: 3162–3169 (2016), doi: 10.1111/febs.13766.

Dibujo20170221 repeat-spacer structure CRISPR genome S thermophilus nature nprot 2016 186-F1

El diseño del experimento es el siguiente. Una cepa de S. thermophilus es infectada por ciertos fagos en una placa de Petri. La mayoría de las células mueren, pero algunas sobreviven (las mutantes insensibles al bacteriófago o BIMs). Estas supervivientes han incorporado en su ADN un nuevo repetidor-espaciador propio del fago al final de su vector de secuencias CRISPR separadas por espaciadores. Usando PCR y secuenciación los estudiantes comparan el vector de secuencias CRISPR con el genoma del fago y establecen la posición exacta donde se encuentra.

Dibujo20710221 Schematic depiction core protocol nature nprot 2016 186-F2

El genoma del fago está secuenciado y anotado, lo que permite usar la bioinformática para determinar los genes del fago que se identifican con la nueva secuencia CRISPR. Así se puede estimar el grado de resistencia al fago de cada célula estudiada. Agregando los resultados de todos los alumnos se logra una estimación estadística de la resistencia al fago. Según los profesores, esta última fase es clave para estimular la discusión y el debate entre los alumnos.

Según estos profesores de la Universidad Laval el experimento CRISPR–Cas es fácil de ejecutar, fácil de comprender y relativamente barato. Además ofrece una experiencia de aprendizaje única a los estudiantes de grado. Por todo ello, si eres profesor de microbiología, virología, genómica, biología molecular, bioinformáica, etc., te animo a leer su artículo en Nature Protocols y a repetir su experiencia con tus propios alumnos. En su caso, ya nos contarás qué tal te ha ido…

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