Una investigación estudiantil de ADN rinde buenos resultados

Estudiar la reparación del ADN es clave para el futuro de la exploración espacial, el cual puede exponer y arriesgar a los humanos al daño del ADN debido a la radiación. Las condiciones en el espacio también podrían afectar la manera en que el cuerpo humano repara el daño, potencialmente agravando este riesgo.

Gracias al trabajo de cuatro estudiantes, un equipo de investigadores, y el primer uso en el espacio de la técnica de editar genes CRISPR, una investigación recientemente a bordo la Estación Espacial Internacional exitosamente rompió el ADN de un hongo común, dirigió el método de reparación, y secuenció el ADN reparado para determinar si la orden original había sido restaurada. Los investigadores de Genes in Space-6 reportaron esta primera parte del proceso finalizado en el espacio en una publicación científica.

Los resultados amplían significativamente el estudio de la biología molecular en la Estación Espacial, habilitando los estudios del ADN y una variedad de investigaciones de biología en la microgravedad.

El cuerpo humano repara roturas de doble hebras en el ADN, donde se cortan las dos hebras entrelazadas de la doble hélice, de dos maneras. En uno de los métodos, las bases pueden ser agregadas o eliminadas. En el otro método, se vuelven a unir las hebras sin cambiar la secuencia del ADN. Hasta recientemente, cuestiones técnicas y de seguridad habían prevenido los estudios de este tipo de reparos genéticos a bordo la Estación Espacial.

Genes in Space-6 fue la creación de un equipo de cuatro estudiantes del estado de Minnesota: Aarthi Vijayakumar, Michelle Sung, Rebecca Li, y David Li. Ellos ganaron la oportunidad de participar en esta investigación como parte del programa Genes in Space, una competición nacional que reta a estudiantes desde séptimo grado hasta el último año de bachillerato a diseñar investigaciones de análisis de ADN usando El laboratorio Nacional de la Estación (ISS National Lab) y los equipos a bordo. Los estudiantes también son coautores de la publicación que reporta los resultados.

Para romper áreas específicas del ADN, el equipo utilizó una técnica de editar genes llamada CRISPR, siglas en inglés que significan Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats (Repeticiones palindrómicas cortas agrupadas regular e inter espacialmente). Estas son secuencias cortas repetidas del ADN en bacteria con secuencias de ADN viral situadas entre ellas. Las bacterias transcriben las secuencias del ADN viral al ARN, el cual después guía la proteína específica al ADN y lo corta. Los científicos aprovecharon esta reacción que ocurre naturalmente para crear esta técnica.

Usando CRISPR, los investigadores pueden crear roturas precisamente controladas en una locación escogida del genoma, eliminando los posibles riesgos de daños aleatorios. Esto sentó las bases para permitir que el reparo del ADN ocurriera en el espacio, así dando la oportunidad de entender el mecanismo de reparo usado.

“Comprender si un tipo de reparo es menos propenso a errores que el otro tiene implicaciones importantes,” dice Sarah Wallace, una microbióloga en la división de estudios biomédicos y ciencias medioambientales en el Centro Espacial de Johnson de la NASA en Houston, Texas. “¿Puede un terapéutico ser desarrollado para escoger un método sobre otro, o necesitamos más protección contra la radiación, o los dos? Es importante entender para asegurar que estemos protegiendo el equipo y ayudándolos en recuperarse usando el mejor método posible.”

Realizar el proceso entero en el espacio – en vez de solo causar la rotura, congelar la muestra y enviarla al espacio a reparar – hace posible determinar los efectos de las condiciones del vuelo espacial, y exclusivamente las condiciones del vuelo espacial, en este proceso.

“Genes in Space y otros estudios de ADN en la Estación Espacial también han producido avances en el hardware necesario. Los instrumentos en la Tierra no son necesariamente útiles en el espacio,” dice Sarah Rommel, la autora primaria de la publicación y una investigadora en el laboratorio de microbiología del centro Johnson. “Nosotros no podemos coger lo que usamos en la Tierra y simplemente usarlo en el espacio, porque tenemos que mantener la seguridad del equipo y los sistemas de vida ambiental de la Estación. Por ejemplo, nosotros creamos botiquines personalizados para el proceso completo, pensando en cómo usar la menor cantidad de materiales seguros y todavía obtener la mejor ciencia.”

“Mientras más trabajo es necesario para comprender las preferencias hacia la reparación del ADN en el espacio, este trabajo demuestra la sofisticación de lo que se puede hacer con los instrumentos moleculares a bordo,” agrega Wallace. “El tener un laboratorio molecular entero en el espacio aumenta lo que podemos hacer ahí, incluyendo más investigaciones complejas como los trabajos con CRISPR. Nosotros también estamos buscando como implementar estos métodos en otros ambientes, como en los cuartos de hospitales. La capacidad de generar los datos casi en tiempo real puede proporcionar grandes beneficios en la crisis de resistencia antimicrobiana y en los ambientes con límites de recursos.”

Con los resultados confirmando que los investigadores ahora pueden precisamente editar genes en el espacio, Rommel y Wallace esperan que otros investigadores empiecen a usar este instrumento. “Nosotros verificamos que no es tan complicado para implementar en el espacio,” dice Rommel. “Funcionó como fue diseñado, e hizo lo que se suponía que debía hacer.”

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Melissa Gaskill
Oficina de Investigación del Programa de la Estación Espacial Internacional
Centro Espacial Johnson