Creación del kit de herramientas Genes seguros

Creación del kit de herramientas Genes seguros

 

 https://www.darpa.mil/news-events/2017-07-19

 

 

 

 DARPA creó el programa Safe Genes para obtener una comprensión fundamental de cómo funcionan las tecnologías de edición de genes; idear medios para aprovecharlos de manera segura, responsable y predecible para fines beneficiosos; y abordar posibles problemas de salud y seguridad relacionados con su mal uso accidental o intencional. Hoy, DARPA anunció premios a siete equipos que perseguirán esa misión, liderados por: The Broad Institute of MIT and Harvard; Escuela Médica de Harvard; Hospital General de Massachusetts; Instituto de Tecnología de Massachusetts; Universidad Estatal de Carolina del Norte; Universidad de California, Berkeley; y la Universidad de California, Riverside. DARPA planea invertir $ 65 millones en Safe Genes durante los próximos cuatro años mientras estos equipos trabajan para recopilar datos empíricos y desarrollar un conjunto de herramientas versátiles que se pueden aplicar de forma independiente o en combinación para apoyar la bioinnovación y combatir las bioamenazas.

Las tecnologías de edición de genes han captado cada vez más la atención de los profesionales de la salud, los legisladores y los líderes comunitarios en los últimos años por su potencial para desactivar selectivamente las células cancerosas en el cuerpo, controlar las poblaciones de mosquitos que propagan enfermedades y defender la flora y la fauna nativas contra las especies invasoras, entre otras. otros usos. Las posibles aplicaciones e implicaciones para la seguridad nacional de estas tecnologías son igualmente profundas, incluida la protección de las tropas contra enfermedades infecciosas, la mitigación de las amenazas planteadas por el uso irresponsable o nefasto de tecnologías biológicas y un mayor desarrollo de nuevos recursos derivados de la biología sintética, como nuevos productos químicos. , materiales y recubrimientos con propiedades únicas y útiles.

Sin embargo, lograr objetivos tan ambiciosos requerirá un conocimiento más completo sobre cómo funcionan los editores de genes y las tecnologías derivadas, incluidos los impulsores genéticos, en varias escalas físicas y temporales en diferentes condiciones ambientales, a través de múltiples generaciones de un organismo. Paralelamente, demostrar la capacidad de controlar con precisión las ediciones de genes, activarlas y desactivarlas bajo ciertas condiciones o incluso revertir sus efectos por completo, será fundamental para traducir estas herramientas a aplicaciones prácticas. Al establecer bases empíricas y eliminar las incógnitas persistentes a través de demostraciones en laboratorio, los equipos de Safe Genes trabajarán para minimizar sustancialmente los riesgos inherentes a herramientas tan poderosas.

“El campo de la edición de genes ha avanzado a un ritmo asombroso, abriendo la puerta a soluciones genéticas que antes eran imposibles, pero sin hacer mucho hincapié en cómo mitigar las posibles desventajas”, dijo Renee Wegrzyn, directora del programa Safe Genes. “DARPA lanzó Safe Genes para comenzar a refinar esas capacidades al enfatizar la seguridad primero para la gama completa de aplicaciones potenciales, lo que permite que la ciencia responsable proceda al proporcionar herramientas para prevenir y mitigar el uso indebido”.

Cada uno de los siete equipos perseguirá uno o más de tres objetivos técnicos: desarrollar construcciones genéticas, "instrucciones" biomoleculares, que proporcionen un control espacial, temporal y reversible de los editores del genoma en los sistemas vivos; diseñar nuevas contramedidas basadas en medicamentos que proporcionen opciones de tratamiento y profilácticas para limitar la edición del genoma en organismos y proteger la integridad del genoma en poblaciones de organismos; y crear una capacidad para eliminar genes modificados no deseados de los sistemas y restaurarlos a estados genéticos básicos. La investigación de Safe Genes no implicará ninguna liberación de organismos al medio ambiente; sin embargo, la investigación, realizada en instalaciones contenidas, podría informar posibles aplicaciones futuras, incluidos impulsores genéticos seguros, predecibles y reversibles.

 Durante el curso del programa, los equipos se relacionarán con posibles partes interesadas, incluidos los reguladores gubernamentales, para aumentar el valor de la ciencia y dar forma a los experimentos en torno a sus preguntas e inquietudes. Además, como una ayuda para los formuladores de políticas, los equipos establecerán modelos para incorporar la participación de las partes interesadas en decisiones futuras sobre si aplicar dichas herramientas y cómo hacerlo.

“Parte de nuestro desafío y compromiso bajo Safe Genes es dar sentido a las implicaciones éticas de las tecnologías de edición de genes, comprender las preocupaciones de las personas y dirigir nuestra investigación para abordarlas de manera proactiva para que las partes interesadas estén equipadas con datos para informar futuras elecciones”, dijo Wegrzyn. “Al igual que con todas las capacidades poderosas, la sociedad puede y debe sopesar los riesgos y los méritos del uso responsable de tales herramientas. Creemos que una mayor investigación y desarrollo pueden informar esa conversación al ayudar a las personas a comprender y dar forma a lo que es posible, probable y vulnerable con estas tecnologías. La edición de genes es realmente un caso en el que no se puede trazar fácilmente una línea entre la ética y el desarrollo de tecnología pura, son inextricables, y tenemos la esperanza de que el modelo que establezcamos con Safe Genes guíe los esfuerzos de investigación futuros en este espacio”.

Los esfuerzos financiados por el programa Safe Genes se dividen en dos categorías amplias: tecnologías de impulso genético y de remediación genética, y aplicaciones terapéuticas in vivo de editores de genes en mamíferos.

●Un equipo dirigido por el Dr. Amit Choudhary (Broad Institute/Brigham and Women's Hospital-Renal Division/Harvard Medical School) está desarrollando medios para activar y desactivar la edición del genoma en bacterias, mamíferos e insectos, incluido el control de impulsores genéticos en un mosquito. vector de la malaria, Anopheles stephensi. El equipo busca construir una plataforma general para la identificación rápida y rentable de sustancias químicas que bloquearán a los editores de genoma contemporáneos y de próxima generación. Dichos productos químicos podrían impulsar el desarrollo de aplicaciones terapéuticas de los editores del genoma al limitar los efectos no deseados o proteger contra futuras amenazas biológicas. El equipo también construirá editores de genomas sintéticos para la ingeniería genómica de precisión.
●Un equipo de la Escuela de Medicina de Harvard dirigido por el Dr. George Church busca desarrollar sistemas para salvaguardar los genomas al detectar, prevenir y, en última instancia, revertir las mutaciones que pueden surgir de la exposición a la radiación. Este trabajo implicará la creación de nuevas herramientas computacionales y moleculares para permitir el desarrollo de editores precisos que puedan distinguir entre secuencias genéticas muy similares. El equipo también planea evaluar la efectividad de las drogas naturales y sintéticas para inhibir la actividad de edición de genes.
●Un equipo del Hospital General de Massachusetts (MGH) dirigido por el Dr. Keith Joung tiene como objetivo desarrollar métodos novedosos y altamente sensibles para controlar y medir la actividad de edición del genoma en el objetivo, y limitar y medir la actividad fuera del objetivo, y aplicar estos métodos para regular la actividad. de los sistemas de impulsores genéticos de mosquitos a lo largo de varias generaciones. Las tecnologías de punta para medir la actividad dentro y fuera del objetivo requieren conocimientos especializados; el equipo de MGH espera permitir una sensibilidad de órdenes de magnitud superior a la que está disponible con los métodos existentes y hacer que este proceso sea rutinario y escalable. El equipo también desarrollará estrategias novedosas para lograr el control de los editores del genoma, incluidas las versiones reguladas por fármacos de estas moléculas. El equipo aprovechará las instalaciones contenidas que simulan entornos naturales para estudiar cómo funcionan los sistemas de conducción en mosquitos en condiciones que se aproximan al mundo real.

●Un equipo del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) dirigido por el Dr. Kevin Esvelt ha sido seleccionado para buscar plataformas modulares de "unidad de margarita" con el potencial de editar de manera segura, eficiente y reversible subpoblaciones locales de organismos dentro de una región geográfica de interés. Los sistemas de impulso de margarita se agotan por sí mismos porque pierden secuencialmente elementos genéticos hasta que el sistema de impulso deja de propagarse. En una variante propuesta, se anticipa que la selección natural favorecerá la versión editada u original dependiendo de cuál sea la mayoría, manteniendo las alteraciones genéticas confinadas a una región específica y permitiendo potencialmente que las poblaciones específicas de organismos sean restauradas a la genética de tipo salvaje. ●El MIT planea realizar la mayor parte de su trabajo en nematodos, un tipo simple de gusano que se reproduce rápidamente, lo que permite realizar pruebas de alto rendimiento de diferentes configuraciones de unidades y modelos predictivos durante varias generaciones. Luego, el equipo tiene como objetivo adaptar este sistema en el laboratorio para hasta tres especies clave de mosquitos relevantes para la salud humana y animal, mejorando gradualmente el rendimiento en mosquitos a través de un ciclo iterativo de modelo, prueba y refinamiento.
●Un equipo de la Universidad Estatal de Carolina del Norte (NCSU) dirigido por el Dr. John Godwin tiene como objetivo desarrollar y probar un sistema de impulso genético de mamíferos en roedores. La técnica genética del equipo se enfoca en variantes genéticas específicas de la población que se encuentran solo en comunidades de animales invasoras particulares. Si tiene éxito, el trabajo ampliará las herramientas disponibles para manejar las especies invasoras que amenazan la biodiversidad y la seguridad alimentaria humana, y que sirven como reservorios potenciales de enfermedades infecciosas que afectan a las poblaciones nativas de animales y humanos. El equipo también planea desarrollar modelos matemáticos de cómo funcionarían las unidades en ratones y luego realizar pruebas en entornos naturales simulados y contenidos para medir la robustez, la limitación espacial y la reversibilidad de las unidades.

●Un equipo de la Universidad de California, Berkeley, dirigido por la Dra. Jennifer Doudna, investigará el desarrollo de herramientas de edición de genes novedosas y seguras para su uso como agentes antivirales en modelos animales, dirigidos a los virus Zika y Ébola. El equipo también intentará identificar proteínas anti-CRISPR capaces de inhibir la actividad de edición del genoma no deseada, mientras desarrolla nuevas estrategias para la entrega de editores e inhibidores del genoma.
●Un equipo de la Universidad de California, Riverside, dirigido por el Dr. Omar Akbari, busca desarrollar sistemas robustos y reversibles de impulsores genéticos para el control de las poblaciones de mosquitos Aedes aegypti, que se probarán en entornos naturales simulados y contenidos. Las pruebas preliminares se llevarán a cabo en poblaciones de levadura de reproducción rápida y de alto rendimiento como sistema modelo. Como parte de este esfuerzo, el equipo establecerá nuevas estrategias moleculares dependientes del contexto, temporales y ambientales, programadas para limitar la actividad del editor de genes, crear múltiples capacidades para eliminar impulsores genéticos no deseados de las poblaciones a través de la inversión pasiva o activa, y establecer modelos matemáticos para informar el diseño. de los sistemas de impulsores genéticos y establecer criterios para las estrategias de remediación. En apoyo de estos objetivos, el equipo tomará muestras de la diversidad de poblaciones silvestres de Ae. aegypti.
Los equipos tienen la intención de refinar su investigación a lo largo del programa, construyendo modelos matemáticos iniciales de sistemas de edición de genes, probándolos en modelos de insectos y animales para validar hipótesis, y retroalimentando los resultados en las simulaciones para ajustar los parámetros. Los equipos también incorporarán los conocimientos obtenidos del compromiso con los reguladores y, en algunos casos, de las comunidades locales que consideran las aplicaciones de edición de genes, y pueden realizar experimentos adicionales para recopilar datos que aborden las preocupaciones y puedan informar futuras revisiones regulatorias.

Dado el potencial de los sistemas de edición de genes para impactar ampliamente en la seguridad nacional, la salud y el medio ambiente, DARPA está comprometida con un alto nivel de transparencia y compromiso en su investigación Safe Genes. El programa trabajará con expertos independientes para ayudar a DARPA y a los equipos a pensar en cuestiones legales, éticas, ambientales, de doble uso y de innovación responsable (LEEDR). En un esfuerzo separado pero relacionado, DARPA cofinanció previamente un informe de las Academias Nacionales de Ciencias, Ingeniería y Medicina sobre impulsores genéticos para ayudar a iniciar el desarrollo de un marco para considerar las implicaciones de los avances en la edición de genes y hacer recomendaciones sobre un manera responsable de avanzar.

“Un aspecto de Safe Genes del que estoy más orgulloso es que estamos involucrando a las partes interesadas potenciales desde el principio, muchas de las cuales ya están considerando las tecnologías de edición de genes como opciones para responder a diferentes desafíos ambientales y de salud, pero que tienen preguntas sobre cómo las soluciones que involucran editores de genes realmente funcionarían”, dijo Wegrzyn. "DARPA considera que su participación en el programa Safe Genes es invaluable para desarrollar un modelo en el que la consideración del impacto social no sea una ocurrencia tardía, sino una base sobre la cual avanza la ciencia".