Se puede utilizar un dispositivo incorporado que dispara chorros de plasma para alterar aleatoriamente el ADN de organismos cultivados. El enfoque ofrece una manera barata, segura y sencilla de encontrar cepas mutantes beneficiosas y mejoradas para la industria y la biomedicina.
Los ingenieros genéticos suelen utilizar tecnologías avanzadas de edición de genes, como Crispr, para alterar selectivamente la genética de un organismo. Sin embargo, un enfoque tan lógico requiere comprender a qué se dirige y por qué. Por el contrario, la mutagénesis aleatoria puede ser un método útil de dispersión: basta con introducir mutaciones en un organismo y ver qué sucede.
La mutagénesis aleatoria se ha logrado tradicionalmente ya sea químicamente, utilizando sustancias químicas tóxicas como agentes alquilantes y azidas, o físicamente exponiendo los organismos a radiación que daña el ADN. Pero claramente presentan riesgos para la salud y la seguridad de quienes experimentan. Además, el uso de radiación es costoso y requiere conocimientos y protocolos de seguridad especiales.
Ahora, el bioingeniero Yong-Soo Jin y el ingeniero eléctrico Sung-Jin Park de la Universidad de Illinois, Urbana-Champagne, EE. UU., se han asociado con colegas para desarrollar una nueva máquina compacta que utiliza un chorro de plasma atmosférico a temperatura ambiente (ARTP). una serie de para inducir mutaciones aleatorias en microorganismos cultivados.
«Nuestro dispositivo pretende hacer que la mutagénesis sea más accesible y práctica para diversas aplicaciones en biotecnología», afirma Jin. «Queremos crear un instrumento que cumpla con los estándares ambientales y de seguridad actuales y que sea capaz de satisfacer las demandas de la investigación y la industria modernas».
El dispositivo RTP consta de un conjunto de siete microcanales de hasta 8 cm de diámetro a través de los cuales fluye una mezcla de gases nobles disponibles comercialmente y aire comprimido. Cuando se aplican pulsos de alto voltaje, el gas ardiendo crea chorros de plasma de baja temperatura a microescala, tan delgados como un cabello humano. Estas esferas se mueven hacia la superficie del objetivo provocando reacciones en el plasma con nitrógeno, oxígeno e hidrógeno que bombardean las células en cultivo e inducen mutaciones en su ADN.
Sin embargo, el uso de ARTP para mutagénesis no es nuevo. Ya utilizada como técnica de esterilización para matar gérmenes, investigadores en China descubrieron en 2014 que, en un nivel sutil, podría usarse para inducir mutaciones en lugar de matar un organismo. Posteriormente se desarrolló un dispositivo comercial de mutagénesis ARTP de chorro único, de aproximadamente 33 cm3 En tamaño y peso 100kg.
Sin embargo, las nuevas matrices de microcanales desarrolladas por el equipo de Jin y Park permiten fabricar una máquina mucho más pequeña, ligera y portátil. Los investigadores dicen que también es más barato y utiliza menos energía, al tiempo que ofrece un mejor control debido a que tiene una serie de chorros de microplasma en lugar de un chorro de macroplasma grande.
Después de demostrar que el nuevo dispositivo podría producir especies reactivas para escindir y propagar el ADN circular del plásmido, el equipo centró su atención en una especie de levadura, Rodosporidio toruloides. Esta elección fue estratégica, dice Jin. ‘R. toruloides La célula microbiana es muy prometedora como fábrica para la producción de sustancias químicas, pero presenta desafíos en ingeniería genética debido a las limitaciones en la intervención genética específica,’ explica.
Al someter esta levadura a un chorro de plasma, los investigadores mataron alrededor del 95 por ciento de las células tratadas. Sin embargo, en el 0,44% de los supervivientes, las mutaciones en la vía de biosíntesis del pigmento carotenoide se observaron directamente a través de cambios en el color de las colonias. «Estos cambios visuales indican los efectos de la mutagénesis a escala genómica, proporcionando un fenotipo claro y observable que corresponde a los cambios genéticos», dice Jin.
«Esto ofrece un enfoque completamente novedoso y elegante para la mutagénesis aleatoria de organismos», comenta Mennell Kampus, que investiga la mutagénesis en la Universidad de California, Santa Cruz, EE.UU. «Es muy posible que sea universal y se pueda aplicar a cualquier organismo mediante cálculos razonables. Una posible ventaja es que puede funcionar bien con ADN desnudo, que es muy fácil de manipular y transferir. Kemp explica que otros métodos generalmente necesitan ser activados por el metabolismo de un organismo y, por lo tanto, no funcionan con ADN desnudo.
Rodrigo Ledesma Amaro, biólogo sintético del Imperial College de Londres (Reino Unido), está de acuerdo. “Éste es un buen artículo. Puede utilizarse para generar cepas superproductoras de moléculas de interés y para comprender la función de nuevas enzimas metabólicas y reguladoras.
