Los guías suelen ayudar a los turistas con indicaciones, pero la experiencia podría mejorar mucho si ofrecieran servicios personalizados adaptados a los intereses individuales. Recientemente, los investigadores han transformado los ARN guía, que dirigen las enzimas, en un ARN inteligente capaz de controlar redes en respuesta a diversas señales. Esta innovadora investigación está ganando mucha atención en la comunidad académica.
Un equipo de investigación formado por el profesor Jongmin Kim y los doctorandos Hansol Kang y Dongwon Park del Departamento de Ciencias de la Vida de POSTECH ha desarrollado un ARN guía de procesamiento de múltiples señales. Este ARN guía se puede programar para regular de forma lógica la expresión genética. Sus hallazgos se publicaron recientemente en Investigación de ácidos nucleicosuna revista internacional de biología molecular y bioquímica.
El sistema CRISPR/Cas, a menudo denominado «tijeras genéticas», es una tecnología capaz de editar secuencias genéticas para añadir o eliminar funciones biológicas. En el centro de esta tecnología, que se utiliza en varios campos, como el tratamiento de enfermedades genéticas y la ingeniería genética de cultivos, se encuentra un ARN guía que dirige a la enzima para que edite la secuencia genética en una ubicación específica. Si bien los avances en la ingeniería del ARN han estimulado la investigación sobre ARN guía que responden a señales biológicas, lograr un control preciso de redes de genes para responder a múltiples señales sigue siendo un desafío.
En este estudio, el equipo combinó el sistema CRISPR/Cas con la bioinformática para superar estas limitaciones. La bioinformática es una tecnología que conecta componentes biológicos como circuitos electrónicos para programar actividades celulares y de organismos. Los investigadores implementaron un circuito genético de ARN guía capaz de tomar decisiones en función de las entradas, similar a una puerta lógica booleana, que es una de las representaciones fundamentales de las relaciones de entrada-salida en las operaciones de señales digitalizadas.
El equipo logró controlar con éxito genes esenciales que intervienen en el metabolismo y la división celular de E. coli, demostrando la capacidad de combinar múltiples puertas lógicas para procesar diversas señales y entradas complejas. Utilizaron este circuito para controlar la morfología celular y los flujos metabólicos al nivel adecuado.
Este estudio es importante porque integra sistemas y tecnologías existentes para controlar con precisión las redes genéticas, lo que permite el procesamiento, la integración y la respuesta a diversas señales dentro de un organismo. Esto va más allá del papel de los ARN guía, que simplemente dirigen las enzimas a ubicaciones específicas.
El profesor Jongmin Kim de POSTECH afirmó: «La investigación podría permitir el diseño preciso de terapias genéticas basadas en señales biológicas dentro de circuitos genéticos complejos involucrados en enfermedades». Añadió: «La ingeniería molecular del ARN permite la simplicidad del diseño de estructuras basado en software, lo que hará avanzar significativamente el desarrollo de tratamientos personalizados para el cáncer, los trastornos genéticos, las enfermedades metabólicas y más».
La investigación se llevó a cabo con subvenciones del Ministerio de Ciencia y TIC y la Fundación Nacional de Investigación de Corea, y el apoyo del Programa LINC de la Fundación Nacional de Investigación de Corea y el Ministerio de Educación, un programa del Instituto de Ciencias Básicas de Corea y LINC 3.0 patrocinado por el Ministerio de Educación, el Programa de I+D de Tecnología Sanitaria de Corea del Instituto de Desarrollo de la Industria Sanitaria de Corea (KHIDI), el Programa de Fomento y Apoyo a los Centros de I+D de Tecnología Alimentaria de la Provincia de Gyeongsang del Norte y Pohang, e IBS POSTECH.