IGI se expande a la investigación en agricultura y microbiología

El instituto de investigación CRISPR se expande hacia la agricultura y la microbiología
Noticias de Berkeley | Robert Sanders | 24 de enero de 2017

Una iniciativa lanzada hace dos años por UC Berkeley y UC San Francisco para utilizar CRISPR-Cas9 edición de genes desarrollar nuevas terapias para enfermedades se está expandiendo a la investigación sobre los principales cultivos del planeta y no se comprende bien microbiomas', con planes de invertir $ 125 millones en estas áreas durante los próximos cinco años.

Los fondos no solo impulsarán el apoyo a la investigación biomédica, sino que también permitirán que el renombrado Innovative Genómica Instituto para explorar el potencial de gen edición en las áreas de importancia mundial como la agricultura y la microbiología, y financia proyectos centrados en las implicaciones sociales y éticas de la edición de humanos, animales y plantas. de sus genomas.

“La tecnología CRISPR-Cas9, que tiene solo cuatro años, está mejorando a pasos agigantados y ya ha alterado la forma en que los médicos abordan las enfermedades y los científicos realizan investigaciones”, dijo la fundadora de IGI, Jennifer Doudna, profesora de ciencias moleculares y (SCD por sus siglas en inglés), biología e investigador del Instituto Médico Howard Hughes en UC Berkeley. "El IGI ha demostrado que la tecnología puede curar el defecto que causa la anemia de células falciformes, y estamos avanzando hacia los ensayos clínicos dentro de unos años".

“Pero nos hemos dado cuenta”, agregó, “de que hay muchos otros campos en los que mejores herramientas de edición de genes pueden promover la salud global, específicamente mejorando los cultivos y manteniendo un entorno microbiano saludable que se ha demostrado que previene enfermedades, mejora los cultivos produce y nutre un ecosistema equilibrado. En UC Berkeley tenemos la experiencia en la investigación de la ciencia de las plantas y la microbiología para hacer una contribución real al diseñar cultivos de mayor rendimiento y más resistentes a las plagas de los que depende una gran proporción de la población mundial, y fomentar las poblaciones microbianas críticas para la salud humana y la salud del planeta ".

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El apoyo a la investigación proviene de obsequios, subvenciones y patrocinio de la industria, de los cuales ya se han recibido $ 43 millones. Los compromisos de $ 30 millones se combinarán con contribuciones de contrapartida de $ 50 millones para asegurar el saldo.

La edición de genes CRISPR-Cas9, desarrollada en 2012 por Doudna y su colega Emmanuelle Charpentier, ha conquistado al mundo por su precisión y facilidad de uso. ADN corte. El Cas9 proteína puede dirigirse fácilmente a un parche de ADN en cualquier parte del genoma, donde produce una doble hebra cortar para desactivar un gen o permitir que la célula inserte un nuevo tramo de ADN.

En 2014, Doudna y sus colegas de UC Berkeley y UCSF lanzaron la Iniciativa de Genómica Innovadora para perfeccionar la herramienta CRISPR-Cas9 y emplearla para encontrar curas para enfermedades genéticas y terapias para células cancerosas y enfermedades neurodegenerativas. Ese esfuerzo ya ha dado sus frutos en forma de un posible tratamiento o cura para la enfermedad de células falciformes, en colaboración con científicos del Instituto de Investigación de Oakland del Hospital Infantil Benioff de UC San Francisco y la Facultad de Medicina de la Universidad de Utah. El enfoque recibió recientemente $ 4 millones del Instituto de Medicina Regenerativa de California para ayudar a convertirlo en una terapia viable.

Jonathan Weissman, profesor de farmacología molecular celular e investigador del HHMI en UCSF, ayudó a dar forma a la iniciativa desde el principio y continuará como codirector para ayudar a Doudna y otros a mantener el impulso de los primeros dos años.

El éxito de la iniciativa, cuyos investigadores se han asociado con empresas de desarrollo de fármacos como AstraZeneca y Agilent, llevó al nuevo regalo y a la expansión en plantas y microbio la edición del genoma, que está menos desarrollada que la edición del genoma humano, pero tiene un gran potencial para mejorar la salud humana.

El IGI utilizará una parte de los nuevos fondos para solicitar propuestas de investigación de científicos de instituciones del Área de la Bahía para perseguir objetivos de investigación en salud humana, agricultura y ecología microbiana. El IGI también trasladará su sede y algunos laboratorios de investigación al Energy Biosciences Building en la esquina de Hearst Avenue y Oxford Street.

El IGI también planea trabajar en estrecha colaboración con el nuevo Biohub del Área de la Bahía, lanzado recientemente con $ 600 millones en fondos del CEO y fundador de Facebook, Mark Zuckerberg, y su esposa, Priscilla Chan, pediatra de UCSF. Una colaboración entre UC Berkeley, UCSF y la Universidad de Stanford, Biohub permitirá a los investigadores acelerar el desarrollo de avances, aplicaciones y terapias científicas y médicas revolucionarias. Doudna es miembro del Grupo Asesor Científico de Biohub.

Cultivos para el mundo en desarrollo

CRISPR-Cas9 ha generado entusiasmo internacional debido al potencial de tratamientos médicos innovadores o incluso curas para enfermedades genéticas hereditarias, y enfoques novedosos para frenar o detener el cáncer, el envejecimiento o enfermedades degenerativas como el Alzheimer. Las aplicaciones en plantas se han retrasado, pero quizás no por mucho tiempo.

"Creo que habrá tantas o más aplicaciones de CRISPR-Cas9 en plantas que en el área biomédica", dijo Brian Staskawicz, profesor de biología vegetal y microbiana de UC Berkeley que dirigirá el brazo agrícola del IGI. . “Solo en California, cultivamos 300 cultivos diferentes, muchos de ellos mejorados por cruzamiento estándar, que introduce todo tipo de rasgos no deseados junto con el que usted desea. CRISPR-Cas9 nos permite introducir genes con un nivel de precisión que no habíamos podido hacer en el pasado y potencialmente recortar de cuatro a cinco años los ciclos de reproducción ".

Un problema ha sido convertir CRISPR-Cas9 en semillas para editar el genoma de una planta. La mejor técnica hasta ahora es insertar un gen para la proteína CRISPR en las células a través de un bacteriano la detección , Agrobacterium, que también lleva el moléculas de ARN “Dirección” donde se realizará el corte. Una vez dentro, el gen es traducido en la proteína Cas9, la parte de tijeras de CRISPR-Cas9, que se conecta con el ARN y se ubica en la ubicación deseada, cortando y desactivando el gen.

IGI ahora ha contratado a Myeong-Je Cho, un científico que anteriormente trabajaba en DuPont Pioneer, quien desarrolló una forma de disparar el complejo de proteína / ARN CRISPR-Cas9, completamente ensamblado, directamente en las células vegetales, evitando la necesidad de depender de la célula para traducir el Gen Cas9 y el encuentro casual de Cas9 y su socio de ARN.

"Este es un gran avance para poder regenerar plantas", dijo Staskawicz.

Él prevé emplear la bala CRISPR para crear la deseada mutaciones en plantas como el trigo, el maíz y el arroz, así como en plantas importantes para el mundo en desarrollo, como la yuca, el cacao y el café.

“Muchos genes que los fitomejoradores quieren usar para mejorar los cultivos provienen de especies silvestres relacionadas, pero cuando haces un cruce genético, traes genes que no deseas”, dijo. “CRISPR-Cas9 le permitirá tomar solo el gen de interés de una especie silvestre e insertarlo directamente en una ubicación definida en una semilla de élite avanzada que está tratando de trasladar al campo. Realmente va a ser una herramienta avanzada de reproducción para hacer plantas de diseño ".

Los microbiomas del planeta

Doudna y Charpentier desarrollaron la herramienta de edición de genes CRISPR basada en un sistema que los microbios usan para combatir virales infecciones. Ahora esa herramienta se puede cambiar para descubrir el papel de los microbios en y sobre humanos, animales y plantas, y en entornos tan diversos como el suelo agrícola o las minas subterráneas.

El esfuerzo de microbiología de IGI estará dirigido por Jill Banfield, profesora de ciencias terrestres y planetarias de UC Berkeley y de ciencias ambientales, políticas y gestión, que estudia los microbios que habitan en ambientes extremos, como los charcos tóxicos en las minas abandonadas, la tierra bajo los tóxicos. sitios de desechos y el intestino humano. Su trabajo ha descubierto una asombrosa diversidad de vida, dejando en claro que los microbios, las bacterias y sus primos, los Archaea - comprenden la mayor parte de las especies del planeta.

"Estamos al borde de un gran abismo en nuestra comprensión de los microbios y cómo funcionan en las comunidades naturales o microbiomas", dijo Banfield. “No sabemos casi nada acerca de cómo la mayoría de los microorganismos, pioneros de la vida con una historia evolutiva casi tan antigua como la tierra misma, trabajan individualmente y en concierto para realizar procesos ambientales esenciales. A pesar de ser universales y omnipresentes, los microbios siguen siendo muy desconocidos ".

Ella espera adaptar la herramienta CRISPR-Cas9 para aprender cómo estos microbios, miles de ellos totalmente desconocidos para la ciencia, viven e interactúan, y descubre formas de nutrir a los beneficiosos y suprimir los dañinos. Dicha exploración también podría descubrir nueva bioquímica que tendría aplicaciones biotecnológicas, similar a CRISPR-Cas9.

Biomedicina

El IGI continuará persiguiendo su objetivo de mejorar la seguridad, la eficiencia y la previsibilidad de CRISPR-Cas9, que son necesarias para que las intervenciones terapéuticas funcionen sin dañar a los pacientes. Una vez que la herramienta pueda ser dirigida de manera confiable sin editar genes en otras partes del genoma, puede ser posible lograr una medicina verdaderamente personalizada, como diagnósticos, cuidados y curas hechos a la medida.

"Nuestro objetivo es democratizar el descubrimiento y la ingeniería de reactivos de edición de genes efectivos con el fin de entregar intervenciones terapéuticas de manera confiable en el lugar correcto y en la escala correcta", dijo Jacob Corn, quien continuará como jefe de aplicaciones biomédicas en el IGI. “Mientras colaboramos con una amplia comunidad de médicos y médicos-científicos, esperamos ser pioneros en terapias para enfermedades como la anemia falciforme y otras enfermedades de la sangre, inmunodeficiencias, trastornos degenerativos oculares y afecciones cardiovasculares. Utilizando la mejor tecnología disponible paracirugía del genoma, "nuestro objetivo final es ayudar a los médicos a mejorar la vida de sus pacientes".

Uno de los colaboradores clave de Corn y subdirector es Bruce Conklin, investigador de los Institutos Gladstone y profesor de medicina genómica en UCSF. Juntos, Corn y Conklin esperan llevar la “cirugía del genoma” a la vanguardia a medida que desarrollan tecnologías innovadoras para tratar mejor las enfermedades genéticas.