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Nuevo método de Tn-seq de fagos identifica genes esenciales y añade carga genética
Se ha desarrollado una herramienta de alcance genómico para estudiar los genes de los fagos, predecir su actividad e introducir nuevo material genético en ellos.
Un nuevo método pretende facilitar el estudio y la modificación de los fagos mediante la identificación de las partes de sus genomas que son esenciales y la introducción de material genético adicional en ellos. La técnica, denominada Tn-seq de fagos, se probó en una variedad de fagos y también produjo fagos portadores de dos mutaciones diseñadas.
El trabajo se publica en Nature Microbiology, a través de nature.com. Sus desarrolladores afirman que el enfoque podría ayudar a abordar dos obstáculos persistentes en la investigación sobre fagos: el conocimiento limitado sobre cómo funcionan y la dificultad de rediseñarlos rápidamente para un posible uso terapéutico.
Los fagos son fuerzas importantes en la evolución de las bacterias y se están investigando por su posible uso como antimicrobianos. Los avances dependen de comprender qué genes de los fagos son necesarios, cómo se utilizan esos genes durante la infección y cómo puede introducirse nueva carga genética sin inutilizar el fago. El nuevo método pretende abordar cada una de esas cuestiones mediante una única estrategia de alcance genómico.
Una forma amplia de poner a prueba los genes de los fagos
El Tn-seq de fagos combina la mutagénesis con transposón Tn5, la selección basada en la actividad anti-CRISPR y la secuenciación profunda. En términos generales, la mutagénesis con transposones introduce inserciones en distintos puntos de un genoma. Después, los investigadores pueden examinar qué inserciones permanecen tras la selección y determinar dónde se produjeron mediante secuenciación.
Aplicado a los fagos, esto permite estudiar muchas localizaciones genómicas en lugar de examinar los genes uno por uno. El método funcionó en fagos diversos, incluido un fago jumbo que forma un núcleo. Ese resultado es significativo dentro del estudio porque demuestra que el enfoque no se limita a un solo tipo de fago ni a una única organización genómica.
Las asignaciones resultantes sobre la esencialidad de los genes coincidieron con las evidencias de otras dos fuentes: la proteómica estructural y la conservación de los genes centrales. La proteómica estructural proporcionó información sobre los componentes de los fagos, mientras que la comparación de los genes centrales conservados ofreció una indicación independiente de cuáles se mantienen entre los fagos. La coincidencia entre estos enfoques respaldó la utilidad de las mediciones basadas en inserciones.
El patrón de inserciones de transposones también contenía información que iba más allá de la esencialidad de los genes. Los sesgos en los lugares donde se producían las inserciones permitieron a los autores predecir la dirección en la que avanza la transcripción. Los mismos patrones ayudaron a identificar las regiones que se inyectan al principio y las que se expresan a niveles elevados.
Ingeniería de fagos en cuestión de días
Los investigadores también utilizaron transposones como vehículos para introducir nueva carga genética. Según el estudio, esto permitió añadir carga a los fagos en unos pocos días, lo que ofrece una vía más rápida para la ingeniería de fagos que los métodos que dependen de una comprensión menos completa del genoma de cada fago.
El trabajo incluyó un sistema de transposón Acr diseñado mediante inteligencia artificial. Este sistema se describió como ortogonal y se utilizó para generar mutantes dobles de fagos, es decir, fagos portadores de dos mutaciones diseñadas. Su inclusión amplía el método más allá del mapeo de genes existentes: el mismo conjunto general de herramientas puede ayudar a construir fagos con cambios genéticos combinados deliberadamente.
Los investigadores demostraron además que era posible insertar transposones en fagos cuyo ADN está hipermodificado. Estas modificaciones químicas pueden dificultar la manipulación o el análisis de los genomas de los fagos. La demostración de inserciones en estos fagos amplía el conjunto de sistemas a los que podría aplicarse la técnica.
Por qué importa la herramienta
El estudio presenta el Tn-seq de fagos como una plataforma versátil, en lugar de un método diseñado para una única tarea específica. Puede utilizarse para asignar genes esenciales, extraer indicios sobre la transcripción y la distribución temprana del genoma, añadir carga genética y crear mutantes dobles. Su rendimiento en distintos fagos es fundamental para esa afirmación.
El método no resuelve por sí solo todas las preguntas sobre la biología de los fagos, pero proporciona una manera de generar pruebas de alcance genómico con mayor rapidez. Esto podría mejorar la comprensión de cómo evolucionan y funcionan los fagos, al tiempo que respalda los esfuerzos para desarrollarlos como antimicrobianos.
El objetivo más amplio de los autores es hacer que los fagos sean más accesibles para la experimentación sistemática. Al combinar mutagénesis, selección basada en anti-CRISPR y secuenciación profunda, el enfoque vincula el descubrimiento y la ingeniería en un único flujo de trabajo. Por tanto, el estudio sitúa el Tn-seq de fagos como una base tanto para investigar los genomas de los fagos como para utilizarlos en futuras terapias basadas en fagos.