CRISPR-Cas9: Sistema de edición genética

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Questions and Answers

¿Cuál es la función de la secuencia PAM en el proceso de reconocimiento por el complejo Cas9-ARN?

Facilitar la desenrolación del ADN.

Identificar la cadena de ARN que se utilizará.

Unirse a la hebra de ADN objetivo.

Actuar como un marcador para el enzimático Cas9. (correct)

¿Qué secuencia representa la forma general de las secuencias PAM mencionadas?

5'-NGG-3' (correct)

5'-AAC-3'

5'-TGC-3'

5'-CGT-3'

¿Qué sucede si el ARN guía no coincide con la secuencia de ADN junto a la secuencia PAM?

El ADN se separa permanentemente.

El ARN guía se modifica para hacer coincidir la secuencia.

La Cas9 se inactiva y no puede seguir actuando.

El ADN vuelve a unirse y Cas9 busca otras secuencias PAM. (correct)

¿Qué función cumple el ARN guía en la interacción con la hebra de ADN?

Coincidir mediante el apareamiento de bases complementarias. Signup and view all the answers

¿Cuál de las siguientes características define a las secuencias PAM en el contexto del ADN?

Se encuentran en todo el genoma en diferentes ubicaciones. Signup and view all the answers

¿Cuál es la función del gen optix en las mariposas según los experimentos realizados?

Regula la pigmentación de las alas Signup and view all the answers

En el laboratorio de Robert Reed, ¿qué especie de mariposa no se menciona en relación al estudio del gen optix?

Mariposa monarca Signup and view all the answers

¿Qué técnica se utiliza para inactivar el gen optix en las mariposas?

CRISPR Signup and view all the answers

¿Cuál de las siguientes afirmaciones es incorrecta sobre las alas de las mariposas de tipo silvestre comparadas con las de aquellas con el gen optix inactivado?

Las alas de tipo silvestre carecen de patrones. Signup and view all the answers

¿Qué tipo de evidencia se utilizó para justificar las predicciones sobre la función del gen optix?

Observaciones morfológicas Signup and view all the answers

¿Cuál es la función principal de la enzima Cas9 en el proceso descrito?

Cortar el ADN en el sitio PAM Signup and view all the answers

¿Qué secuencia se une al ADN objetivo durante el proceso?

El complemento de la secuencia de ADN Signup and view all the answers

¿Qué sucede generalmente tras el corte del ADN por Cas9?

Las enzimas celulares intentan reparar el ADN roto Signup and view all the answers

¿Cómo pueden los errores en la reparación del ADN inactivar un gen?

Eliminando o insertando nucleótidos aleatorios Signup and view all the answers

¿Cuál de los siguientes genes fue inactivado en el estudio de las mariposas?

Gen optix Signup and view all the answers

¿Cuál de las siguientes afirmaciones describe mejor el sistema CRISPR-Cas9?

Es una técnica biotecnológica para editar ADN de forma rápida y económica. Signup and view all the answers

¿Qué riesgos plantea la tecnología CRISPR-Cas9?

La eliminación de enfermedades genéticas sin control. Signup and view all the answers

¿Qué material se necesita para construir un modelo de CRISPR-Cas9 de papel?

Copias de las hojas de los modelos, tijeras y cinta adhesiva. Signup and view all the answers

En la investigación actual, CRISPR-Cas9 se utiliza principalmente para:

Inactivar genes específicos y editar secuencias de ADN. Signup and view all the answers

¿Cuál es uno de los propósitos de elaborar un modelo de papel del sistema CRISPR-Cas9?

Para comprender cómo funciona la edición de ADN. Signup and view all the answers

Study Notes

CRISPR-Cas9: Un sistema de edición genética

Paso 1: Reconocimiento: El complejo Cas9-ARN reconoce y se une a una secuencia PAM (Protospacer Adjacent Motif) presente en el ADN. La secuencia PAM tiene la forma 5'-NGG-3', donde N representa cualquier nucleótido.
Paso 2: Unión: Una vez unida a la secuencia PAM, la Cas9 desenrolla el ADN. Si el ARN guía coincide con la secuencia de ADN adyacente a la PAM, el ARN guía se une a la hebra de ADN mediante el apareamiento de bases. Si no hay coincidencia, la Cas9 se desplaza a otra secuencia PAM.
Paso 3: Corte: La Cas9, junto con el ARN guía unido al ADN objetivo, activa su función nucleasa (capacidad de cortar ADN). La Cas9 corta las dos hebras de ADN, tres nucleótidos aguas arriba de la secuencia PAM.
Paso 4: Reparación del ADN: Las células reparan las roturas en el ADN utilizando mecanismos celulares. La reparación suele ser perfecta, pero ocasionalmente se producen errores, que pueden implicar la eliminación o inserción de nucleótidos en el sitio del corte. Estos errores pueden inactivar un gen al alterar su secuencia codificante.

El uso de CRISPR-Cas9 en mariposas

Robert Reed, biólogo de la Universidad de Cornell, utilizó CRISPR-Cas9 para estudiar los genes que controlan el desarrollo de los patrones de alas en mariposas. Se estudiaron tres genes: optix, spalt y Distal-less.
Los experimentos con optix demostraron que inactivar este gen afecta el desarrollo de las alas en diferentes especies de mariposas. La función del gen optix es diferente en cada especie, lo que sugiere que este gen tiene un papel específico en la formación de patrones de alas en cada mariposa.
Para inactivar el gen spalt en las mariposas Vanessa cardui y Junonia coenia, se identificó una secuencia objetivo en el exón del gen. Se diseñó un ARN guía específico para esta secuencia y se empleó CRISPR-Cas9 para inactivar el gen.
Los cambios en los patrones de alas de las mariposas con el gen spalt inactivado demostraron que este gen juega un papel fundamental en la formación de las marcas en las alas de las mariposas.

Conclusión

La técnica CRISPR-Cas9 permite a los científicos inactivar genes específicos y estudiar su función. Los experimentos con mariposas han revelado que los genes optix y spalt desempeñan roles distintos en la formación de los patrones de las alas. Estos conocimientos ayudan a comprender los mecanismos genéticos que controlan el desarrollo de las alas en las mariposas.

Sistema CRISPR-Cas9

CRISPR-Cas9 (CRISPR) es una herramienta biotecnológica que permite la edición del ADN de células y organismos de manera rápida y efectiva. Esto tiene el potencial de tratar enfermedades genéticas, combatir virus y generar mejores cultivos.

El modelo de papel del sistema CRISPR-Cas9

El modelo de papel incluye:
- Cas9: una enzima que corta el ADN
- ARN guía: una secuencia de ARN que se une a la Cas9 y le permite reconocer el gen objetivo
- ADN objetivo: una secuencia de ADN que contiene el "gen objetivo" que se debe cortar
- Nucleótidos aleatorios: nucleótidos que se pueden insertar en el lugar del corte del gen objetivo
- ADN donador: ADN que se puede usar para editar el gen objetivo de forma específica

Construyendo el modelo

Se debe unir el ARN guía a la enzima Cas9 para que el complejo se "programe" para buscar el ADN objetivo.
La enzima Cas9 busca una secuencia de tres nucleótidos denominada PAM, presente en el genoma.
La Cas9 se une a una secuencia PAM en la hebra de ADN y la desenrolla. Después, el ARN guía se une a la secuencia complementaria de ADN, si no es compatible con la secuencia de ADN, el ADN vuelve a enrollarse y la enzima Cas9 se vuelve a unir a otras secuencias PAM hasta encontrar el ADN objetivo correcto.
Se utilizan dos ejemplos de ADN objetivo, el ADN objetivo 1 proviene de un gen llamado MC1R (gen que afecta el color de la piel y el cabello) y el ADN objetivo 2 proviene de una versión mutante de un gen denominado MYBPC3, que tiene una deleción de cuatro nucleótidos que causa un tipo de enfermedad cardíaca.

Representación de reconocimiento y unión

El ARN guía 1 se une al ADN objetivo 1 por debajo de la pestaña de la derecha de la enzima Cas9.
La secuencia de reconocimiento roja del ARN guía debe alinearse con la secuencia complementaria del ADN objetivo.

Representación de la ruptura

La enzima Cas9 corta el ADN objetivo 1 a lo largo de la línea entrecortada, simulando la ruptura del ADN.

Representación de la reparación del ADN

Las células reparan la ruptura del ADN utilizando la unión de extremos no homólogos (NHEJ) o la reparación por recombinación homóloga (HDR).
La NHEJ es un mecanismo de reparación que a veces es propenso a errores.
La HDR es menos propensa a errores que la NHEJ y utiliza una secuencia de plantillas, generalmente a partir de un cromosoma homólogo. Se puede proporcionar "ADN donador" como plantilla durante la HDR, para sustituir una mutación por una secuencia funcional o añadir una nueva secuencia genética (activación de genes).
Se utiliza el ARN guía 2 y el ADN objetivo 2 para representar la HDR.
Se coloca la pieza de "ADN donador" sobre los fragmentos cortados del ADN objetivo 2.

Preguntas clave

¿Cómo cambió la secuencia del gen MYBPC3 debido al sistema CRISPR-Cas9?
¿Cómo podría afectar este cambio al gen mutante MYBPC3?
¿Cuáles son algunas situaciones en las que un científico querría inactivar un gen?

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Description

Este cuestionario explora las etapas fundamentales del sistema de edición genética CRISPR-Cas9. Aprenderás sobre el reconocimiento, unión, corte y reparación del ADN, y cómo este proceso puede mejorar la genética. Ideal para estudiantes de biología molecular.