Optogenética, una técnica para iluminar genes

  De los aproximadamente 20500 genes que contiene cada una de nuestras células, en un momento dado tan sólo una pequeña parte está activa, según las necesidades de cada momento, que pueden cambiar en cuestión de minutos u horas. Actualmente, se está investigando para saber qué está haciendo cada gen en cada momento, y claro para recopilar esta información diferentes investigadores están desarrollando unas técnicas impensables hasta hace poco. En este escenario destaca la optogenética que es un conjunto de técnicas que combinan genética y óptica para controlar en vivo y con precisión cronométrica diferentes procesos vitales. Por ejemplo, mediante el empleo de proteínas que cambian su función en respuesta a la luz puede activarse o desactivarse la expresión del gen que nos interese simplemente alumbrando o dejando a oscuras las células en estudio.

  Entre las investigaciones que se están llevando a cabo mediante optogenética destacan los estudios de genes relacionados con el aprendizaje y la memoria, así como los cambios epigenéticos de las proteínas que envuelven el ADN implicadas de algún modo, al parecer, en el aprendizaje.
 
  A la luz de los genes

  Esta técnica controla la copia de ADN a ARNm. En primer lugar tenemos la proteína TALE, efector del tipo activador de la transcripción, por sus siglas en inglés. Estas proteínas se unen de modo personalizado a una secuencia de ADN. Y por otro tenemos a la proteína CRY2 que es fotosensible, se obtiene de la crucífera Arabidopsis thaliana y que se une a la TALE. Luego, cuando la luz incide sobre CRY2, esta se une a su vez a CIB1. Un grupo de investigadores del MIT diseñaron una forma especial de CIB1 que permite activar o suprimir la transcripción de un gen.
  Una vez se le aportan todos estos componentes a la célula, TALE se adhiere a su ADN diana y cuando se ilumina la célula, CRY2 se une al CIB1 que está disperso en el citosol, desencadenando la transcripción del gen diana; esto es, la generación de ARNm. De modo alternativo, puede diseñarse una CIB1 que capture un represor que bloquee la transcripción génica.
  Con un simple pulso luminoso es suficiente para desencadenar todo el proceso, los investigadores encontraron que el mejor funcionamiento de la técnica se alcanza aplicando un pulso por minuto, así se logra un transcripción completa en el menor tiempo posible. También observaron que a la media hora de comenzar a iluminar a la célula se aumenta la cantidad de ARNm producida por el gen diana, y que a la media hora de dejar de dar pulsos de luz se inicia la degradación del ARMm. El caso es que tras probar esta técnica con 30 genes consiguieron aumentar la transcripción normal entre 2 y 200 veces.

  Lo más interesante de la optogenética es que posibilita trabajar con los genes naturales de la célula en vez de con genes de "diseño" u otras variantes de la ingeniería genética, permitiendo al investigador controlar un locus genético concreto.

  Modificaciones epigenéticas

  El otro punto fuerte de este control de la expresión génica es la modificación epigenética, cobrando especial relevancia las histonas, proteínas estas a las que se ancla el ADN cromosómico y que regulan el acceso al gen. Pues bien en el MIT han demostrado que pueden modificar las histonas para aplicar exitosamente esta técnica.
  Se piensa que las modificaciones epigenéticas juegan un papel clave en la formación de recuerdos y por ende en el aprendizaje, pero es algo que hasta ahora no ha podido ser bien investigado porque era muy difícil interactuar con las histonas sin afectar a todo el genoma. Ahora puede actuarse sobre un único gen sin perturbar al resto.


  Un saludo

 Referencias:

 Controlling genes with light
 
 The TALE of new tools to study gene regulation

Nota: esta entrada participa en el XXIV Carnaval de Biología acogido en "Pero eso es otra historia..."

En busca de una moderna poción mágica para el miedo

Se ha publicado recientemente el éxito de las pruebas en ratones de un fármaco preventivo del estrés postraumático, PTSD por sus siglas en inglés. La idea es que si finalmente resulta factible su uso en humanos podrá ser administrado al personal destinado a tareas en las que es sabido que resulta más fácil padecer este síndrome, por ejemplo, personas que trabajan en labores de emergencias, militares destinados a zonas de combate, etc.
  Se ha comprobado que la administración de esta sustancia algo antes de sufrir la situación traumática es beneficiosa.

Estudio con ratones

  En los ratones del ensayo se encontró que una nueva sustancia química les evita los síntomas del estrés postraumático si los investigadores dan a los pequeños roedores el medicamento poco antes o después de un evento traumático. Para este estudio, los ratones a traumatizar se situaron sobre una tabla de madera sin moverse durante dos horas, aunque hay robots especialmente diseñados para aterrorizarlos una especie de "Tom" mecánicos.

  Estudios previos encontraron un gen que hace que ratones y personas con trastorno de estrés postraumático reaccionen de manera diferente a sonidos que provocan miedo. El gen controla algo en la parte del cerebro que procesa el miedo, lo que sugiere un mecanismo de cómo surge el PTSD, y plantea que una nueva clase de sustancias no adictivas podrían ayudar con este trastorno. Este trauma se ha evitado administrando puntualmente morfina, pero el poder adictivo de esta sustancia la descarta como medicamento preventivo.

  La sustancia descubierta ahora se llama SR-8993, se une a los receptores cerebrales que, en ratones, parecen intervenir en el aprendizaje del temor. El aprendizaje anormal del miedo es un síntoma importante en el trastorno de estrés postraumático, de hecho las personas con PTSD muestran dificultad para distinguir cuando están en situaciones seguras o peligrosas. Los científicos, un equipo de químicos y psiquiatras de EE.UU., encontraron algo similar en los ratones. Seis días después de atarlos a la tabla, los ratones mostraban gran dificultad a la hora de aprender a reaccionar cuando se puede recibir un suave choque eléctrico en el pie, y cuando se está a salvo de los calambres. Parecen tener miedo de ser sorprendido todo el tiempo. Sin embargo, los ratones no traumatizados, no tienen dificultad para aprender cuando pueden recibir la descarga y cuando no hay peligro.

  Cuando se les administra la inyección de SR-8993, los ratones dejan de sufrir shocks de miedo. Las inyecciones se probaron tanto con ratones expuestos al trauma como con no expuestos.

  Los científicos también estudiaron el gen que produce el receptor cerebral con el que SR-8993 interacciona. Los ratones y las personas tienen diferentes formas del gen Oprl1 (receptor opioide tipo 1) que se sitúa abundantemente en la amígdala cerebral. Estudios previos habían hallado que en personas, los alelos alterados de Oprl1 se asocian con un mayor riesgo de padecer trastorno de estrés postraumático. En este estudio, se comprobó que los ratones traumatizados activaron más Oprl1 que los no traumatizados. Este trabajo no deja de ser un acercamiento al objetivo de poder prevenir el trastorno de estrés postraumático. Además no podemos olvidar que muchos medicamentos que van bien en ratones, luego no funcionan en humanos.

Saltaparapetos

  El caso es que dándole vueltas a esto de administrar sustancias antes de una situación así, resulta llamativo el empleo tradicional de sustancias para atenuar el miedo y dar valor. ¿ Quién no se acuerda de los tebeos de Asterix cuando los galos antes de entrar en combate tomaban una poción mágica ? A decir de los historiadores esas "pociones mágicas" de las que tanto gustaban los pueblos celtas, entre otras cosas, contenían alcohol. O bueno, sin ir tan atrás en el tiempo, un tío (hermano de mi abuela) que durante la última guerra civil estuvo combatiendo como miliciano de la CNT contra las tropas italianas y nacionales que en el 37 tomaron Santander, nos contaba que antes de las ofensivas, en las trincheras les daban una botella de "saltaparapetos" que no era otra cosa que coñac del malo cuya dosis recomendada era media botella ya que si se la bebían entera, en vez de ganar valor lo que les pasaba es que la borrachera no les dejaba manejar el fusil.

  No se sabe, si en realidad detrás de estos experimentos no habrá algún propósito de buscar una sustancia con efectos más parecidos a la poción mágica de los galos que a la morfina usada contra en el PTSD, pero bueno si descubren algo en un sentido o en el otro seguro que su uso se generalizará rápidamente.

  Un saludo