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Un equipo científico de tres universidades de EE.UU. (Penn State, Nevada en Reno y Maryland) ha utilizado la herramienta de “corta-pega genético”, el CRISPR Cas9, para editar los genomas de la garrapata de patas negras. Este ácaro es responsable de alojar y trasmitir peligrosos patógenos a personas y animales. El trabajo se publica en el último número de la revista iScience. (Lean Construyen peces robóticos impulsados por células del corazón de un humano)
Los investigadores creen que estos sistemas de edición podrían permitir a los científicos alterar partes del genoma de estos grandes ácaros, que son vectores de numerosas enfermedades infecciosas, como el tifus y la enfermedad de Lyme. (Lea Explorador de Rayos X de la NASA envía primera imagen desde el espacio)
“Solo en Estados Unidos, las garrapatas infectan a unas 300.000 personas con la enfermedad de Lyme cada año, y si no se trata, la infección puede extenderse a las articulaciones, el corazón y el sistema nervioso”, afirma el coautor Jason Rasgon, profesor de entomología y epidemiología de enfermedades en Penn State. “En la actualidad, no existe ninguna vacuna, y los tratamientos existentes no siempre son eficaces”, subraya.
Invasión de grandes áreas por el cambio climático
Además, dice Rasgon, el problema está empeorando, ya que el cambio climático está permitiendo que las garrapatas invadan rápidamente nuevas áreas, poniendo aún más personas y animales en riesgo de infecciones.
En este sentido, Monika Gulia-Nuss, coautora del estudio y bióloga molecular de la Universidad de Nevada en Reno, señala que, “pese a esa capacidad para adquirir y transmitir patógenos debilitantes, la investigación sobre las garrapatas se ha ido quedando atrás, respecto a otros artrópodos vectores, en gran parte debido a las dificultades en la aplicación de las herramientas genéticas y moleculares disponibles”.
Sin embargo, añade, “las herramientas de edición genética CRISPR permitirán desvelar algunos de los secretos del genoma de las garrapatas y determinar cómo sobreviven estos animales únicos en el medio ambiente, cómo interactúan con los patógenos y cómo podríamos evitar que transmitan enfermedades a los humanos y al ganado”.
El entomólogo y coautor del trabajo Andrew Nuss también reconoce que el conocimiento sobre la biología de las garrapatas a nivel molecular sigue siendo limitado. En cambio, apunta, “para insectos como los mosquitos ya se dispone de numerosas herramientas de desarrollo transgénico y edición del genoma. Los avances en este campo son fundamentales para el progreso de la investigación con el fin de resolver el creciente problema de las enfermedades transmitidas por las garrapatas”, recalca.
Y aquí es donde entra CRISPR Cas9 —las tijeras moleculares por las que Jennifer Doudna y Emmanuelle Charpentier ganaron el Nobel en 2020—, que han revolucionado la investigación genética funcional en muchos organismos.
Embriones ‘acorazados’ difíciles de inyectar
Los autores indican que los problemas técnicos que plantea inyectar a los embriones de garrapata para intentar la edición de genes han ralentizado aún más el progreso de la investigación.
Los embriones de este ácaro son muy difíciles de perforar debido a la alta presión dentro de los huevos, un corion duro (su cáscara exterior) y una capa de cera con la que las hembras los recubren y que debe ser eliminada antes de la inyección.
Las garrapatas utilizan un órgano especializado, llamado órgano de Gené, para fabricar esa dura capa de cera.
En este trabajo, el equipo desarrolló con éxito un protocolo de inyección en embriones y una disrupción génica dirigida con CRISPR Cas9 utilizando dos métodos: la inyección de embriones una vez fuera de la madre y la transducción ovárica mediada por receptores de carga (control ReMOT), un método de edición génica en artrópodos que requiere menos trabajo.
Los investigadores extirparon el órgano de Gené para evitar la deposición de cera y a continuación trataron los huevos con cloruro de benzalconio y cloruro de sodio para eliminar el corion y disminuir la presión dentro de los huevos.
Gulia-Nuss explica que fueron capaces de diseccionar cuidadosamente las garrapatas hembras grávidas para extirpar quirúrgicamente el órgano responsable de recubrir los huevos con cera, pero permitiendo que las hembras pusieran huevos viables.
“Estos huevos sin cera permitieron inyectar a los embriones de garrapata los materiales necesarios para la modificación del genoma”, agrega la investigadora.
Otro reto importante que tuvieron que vencer fue entender el momento del desarrollo del embrión de la garrapata. “Se sabe tan poco sobre su embriología y necesitábamos determinar el momento preciso en el que introducir CRISPR Cas9 para asegurar la mayor probabilidad de inducir cambios genéticos”, comenta Gulia-Nuss.
Viabilidad de la inyección de embriones
La tasa de supervivencia de los embriones inyectados fue de aproximadamente un 10 %, comparable a la de modelos de insectos bien establecidos. En el caso de ReMOT Control, todas las garrapatas inyectadas sobrevivieron.
Los datos muestran la viabilidad de inyectar a embriones y la manipulación genética en garrapatas por ambos métodos, aseguran los autores.
“Hasta ahora, ningún laboratorio había demostrado que la modificación del genoma fuera posible en las garrapatas. Algunos consideraban que era demasiado difícil desde el punto de vista técnico”, afirma Nuss, “este es el primer estudio que demuestra que la transformación genética en garrapatas es posible no solo por uno, sino por dos métodos diferentes”.
Se necesita más investigación para comprender plenamente los mecanismos moleculares que subyacen a la edición genética eficiente en las garrapatas. Aunque estas nuevas herramientas acelerarán los estudios genéticos de estos ácaros, es necesario mejorar el protocolo de inyección en embriones para aumentar la supervivencia y la eclosión de las larvas y la eficacia de la edición genética.
La alteración selectiva de genes en garrapatas, vectoras de patógenos humanos, es un método poderoso para descubrir la biología subyacente de las interacciones garrapata-patógeno-huésped y así desarrollar nuevos enfoques y aplicaciones en el control de enfermedades transmitidas por garrapatas, concluyen los investigadores.