El Instituto Allenel Iniciativa Chan Zuckerberg y el Universidad de Washington han lanzado una colaboración llamada Centro de Seattle para biología sintéticacon el objetivo de utilizar células genéticamente modificadas para capturar un registro basado en ADN que muestre cómo cambian con el tiempo.
Si el proyecto funciona como se espera, podría conducir a una comprensión más profunda de los mecanismos detrás de los procesos celulares (incluido, por ejemplo, cómo crecen los tumores) y señalar nuevos métodos para combatir enfermedades y promover el crecimiento celular saludable.
Durante los próximos cinco años, el Centro de Biología Sintética de Seattle recibirá 35 millones de dólares del Instituto Allen y otros 35 millones de dólares de la Iniciativa Chan Zuckerberg, fundada por el director ejecutivo de Meta, Mark Zuckerberg, y su esposa, Priscilla Chan.
Jay Shendure, profesor de ciencias del genoma en la Universidad de Washington, se desempeñará como director ejecutivo del centro. Otros miembros del equipo de liderazgo incluyen Marion Pimienta y Cole Trapnell, investigadores de Medicina de la Universidad de Washington; y Jesse Gris, un veterano de Ascidian Therapeutics y la Escuela de Medicina de Harvard. La colaboración se basará en tecnología pionera en el Centro Allen Discovery para el rastreo del linaje celular y el Instituto Brotman Baty de Medicina de Precisión.
Shendure comparó las células genéticamente modificadas con las grabadoras de vuelo de los aviones. Dijo que estas células podrían, por ejemplo, combinarse con células CAR-T para seguir el progreso de la terapia contra el cáncer.
“Se podría imaginar colocarlos en capas en células CAR-T para proporcionar un registro de lo que sucedió, en el contexto de intentar administrar una determinada terapia”, dijo a Chinaderita y ½. “Y luego se podrían imaginar componentes de estas células, o versiones más sofisticadas, que realmente se utilizan como parte de la terapia: dónde, cuándo y cómo se activa o desactiva una terapia se modula en algún nivel mediante un conjunto de maquinaria mucho más sofisticado. ”
Un nuevo canal para comprobar las células.
Ese tipo de aplicación aún está muy avanzada. A corto plazo, los investigadores de SeaHub pretenden desarrollar un nuevo canal para registrar los cambios que atraviesan las células. Este canal adoptaría un enfoque diferente de los métodos existentes que dependen de imágenes microscópicas o de la secuenciación del genoma completo de una célula.
Shendure y sus colegas de la Universidad de Washington ya han creado dos técnicas que podrían ayudar a convertir elementos de la maquinaria genética dentro de las células en pequeños dispositivos de grabación en intervalos de tiempo.
Una de las técnicas, conocida como Máquina de escribir ADNfue objeto de un artículo de investigación en la revista Nature el año pasado. El sistema utiliza herramientas de edición de genes para establecer fragmentos cortos de ADN en orden cronológico, moviéndose a lo largo de una cadena molecular como los clics del carro de una máquina de escribir antigua.
“Si insertas una secuencia de cinco pares de bases, eso es cuatro elevado a la quinta, o 1.024. Así que hay 1.024 símbolos posibles que podríamos insertar”, dijo Shendure. “Cuando presionas una tecla, por así decirlo, escribes un símbolo, una de esas 1.024 inserciones posibles. Eso es como el registro de información. Y la misma edición mueve el ‘cabezal tipográfico’ una unidad hacia abajo en la cinta. No estás simplemente disparando letras a una hoja de papel, sino que en realidad las estás escribiendo en un orden coherente”.
La segunda técnica es Engrama. “Sin Engram, DNA Typewriter es como un mono frente a una máquina de escribir, simplemente presionando teclas”, dijo Shendure. “Pero con Engram, al menos para algunas de las claves, podemos decir que es más probable que escribas esta clave si esta vía de señalización en particular está activa, o que solo escribirás esta clave si eres esta célula en particular”. tipo. Entonces, estamos comenzando a aprender cómo asignar significados a las teclas y a construir un vocabulario de desencadenantes entre señales biológicas y símbolos en nuestro teclado”.
Para leer la grabación, los investigadores pudieron extraer algunas de las células grabadoras y verificar la secuencia de letras de ADN que se insertaron a lo largo del tiempo.
Lo que las grabadoras podrían revelar
Es probable que las primeras aplicaciones prácticas de las tecnologías de registro celular se centren en estudiar cómo las células se multiplican y se convierten en tejidos en condiciones normales, y cómo las cosas van mal debido a las enfermedades.
Estudiar el crecimiento de un tumor canceroso sería un gran ejemplo, afirmó Shendure. “Si quieres investigar la historia de un tumor (obviamente esto sería en un organismo modelo, pero podría ser una célula humana trasplantada en un ratón), tratar de acumular esa historia a lo largo del tiempo es algo que querrías hacer”. él dijo.
Los investigadores podrían rastrear el desarrollo de diferentes tumores a nivel celular y estudiar cómo las diferentes estrategias de tratamiento afectan su crecimiento. Para ese escenario, se podría diseñar genéticamente una cepa de ratones con capacidad de registro celular.
“Creamos una línea de mouse que esencialmente tiene todo esto de manera estable, y el dispositivo de grabación se puede ‘encender’ en cualquier momento”, dijo Shendure. “Podrías tenerlo encendido de manera constituyente, de modo que se encienda al principio, o podrías use una pequeña sustancia química para activarlo, como doxiciclina.”
Estos métodos también podrían utilizarse para perfeccionar la ingeniería de tejidos. “Si intentamos hacer piel en un plato, o algo así, ¿qué funciona? ¿Qué no funciona? ¿Y cómo lo modulas para mejorar el proceso? Dijo Shendur.
El uso de estas técnicas para el tratamiento clínico en humanos es una estrategia a largo plazo. ¿Pero a qué largo plazo? “No creo que sean tan futuristas como podrían parecer, dado todo lo que está sucediendo”, dijo Shendure.
Compartiendo la ciencia
Los hallazgos del esfuerzo de investigación se compartirán ampliamente dentro de la comunidad científica. “Todo será ciencia abierta, que se ajustará a la filosofía del Instituto Allen y CZI”, dijo Shendure.
El respaldo de la Iniciativa Chan Zuckerberg al Centro de Biología Sintética de Seattle se basa en la historia de la organización filantrópica de apoyar proyectos biotecnológicos de gran envergadura, incluido un esfuerzo de 3 mil millones de dólares destinado a curar, prevenir y gestionar todas las enfermedades dentro de una generación, y 15 millones de dólares en subvenciones que fueron otorgados en 2018 para apoyar un esfuerzo de investigación global llamado Atlas de células humanas.
“Al desarrollar nuevas tecnologías para medir y comprender la historia de nuestras células a lo largo del tiempo, incluido cómo se ven afectadas por el entorno que las rodea, las mutaciones genéticas y otros factores, podemos ampliar la comprensión de los científicos sobre lo que sucede a nivel celular cuando vamos de sano a enfermo, y ayudar a identificar las causas más tempranas de la enfermedad”, Priscilla Chan, cofundadora y codirectora ejecutiva de CZI. dijo en un comunicado de prensa.
Rui Costa, presidente y director ejecutivo del Instituto Allen, dijo que él y sus colegas están “increíblemente emocionados de ingresar a esta nueva era de colaboración para abordar grandes proyectos lunares en asociación con otros”.
La presidenta de la Universidad de Washington, Ana Mari Cauce, dijo que el proyecto “demuestra el enorme impacto potencial de las asociaciones impulsadas por valores y representa una nueva forma de pensar sobre cómo podemos resolver problemas de manera más rápida y efectiva a través de la colaboración científica”.
“Nuestros valores compartidos, junto con nuestras perspectivas y fortalezas complementarias, son una receta para el éxito, y no puedo esperar a ver qué logrará este equipo juntos”, dijo Cauce.
El esfuerzo debería producir resultados notables dentro de cinco años, afirmó Shendure.
“Básicamente, podría conducir a una biblioteca de herramientas para diseñar tipos de células, expresión específica, etc. … Creo que habrá resultados que serán ampliamente útiles para el campo”, dijo.
Shendure espera que los investigadores del Centro de Biología Sintética de Seattle obtengan conjuntos específicos de información relacionada con linajes celulares, incluidos linajes de células cancerosas, que serían imposibles de obtener utilizando tecnologías más convencionales. Pero también tiene un objetivo mayor en mente: “Conseguir aceptación para una nueva modalidad de medir cosas en el tiempo, utilizando el ADN como medio de registro”.
“Ese ha sido un interés específico de los grupos de desarrollo tecnológico”, dijo Shendure. “Estamos tratando de llevar eso hacia la corriente principal”.
