Uno de los desafíos para sobrevivir en el planeta Marte es que los seres humanos que llegaran allí quedarían expuestos a una alta radiación que causaría daños en el ADN de sus células. Se estudia ese problema desde hace años, y se sabe que el cuerpo tiene formas de reparar algunos tipos de daños en el ADN. Con el ingenio de dos científicos argentinos, la NASA consiguió dar un paso adelante. Mandó una máquina que fue desarrollada por Sebastián Kraves y Ezequiel Álvarez Saavedra a la Estación Espacial Internacional y se demostró que es posible estudiar la reparación del ADN en el espacio.
La investigación fue publicada por los investigadores argentinos y otros autores en la revista PLOS ONE. Trabajaron con cuatro estudiantes de los Estados Unidos, quienes participaron en un concurso anual (Genes en el Espacio) que hizo que la máquina que los argentinos inventaron -que llaman miniPCR- se usara masivamente en escuelas secundarias en las clases de biología.
Con el dispositivo, se realizó el primer uso en el espacio de la técnica de edición del genoma CRISPR a bordo de la Estación Espacial Internacional. “Nuestro estudio en la Estación Espacial Internacional es una prueba de concepto de que se puede lesionar el ADN de manera controlada, para así poder monitorear el sitio de la lesión y comprobar la reparación de ADN a nivel molecular”, contó a Infobae el doctor Kraves desde los Estados Unidos. “El uso mas importante de la miniPCR en el experimento fue la amplificación del ADN del sitio lesionado para poder secuenciarlo y constatar el tipo de reparación”, agregó.
En la Estación Espacial Internacional, el experimento estuvo a cargo de la astronauta de la NASA, la ingeniera Christina Koch, quien se sumó a la Estación Espacial en marzo de 2019. Estuvo allí 328 días y logró la estadía continua más larga en el espacio para una mujer.
Durante su estadía en el espacio, la astronauta Koch realizó la transformación de las levaduras con el ADN necesario para inducir la edición genética. “Fue la primera vez que se consiguió una transformación genética en la Estación Espacial, y la primera instancia de plaqueo y cultivo de microorganismos para ingeniería genética en el espacio”, remarcó el doctor Kraves.
En el estudio, la astronauta produjo roturas en el ADN de una levadura común. Luego se dirigió el método de reparación y se secuenció el ADN cambiado para determinar si se restablecía su orden original. “Estos resultados amplían significativamente el conjunto de herramientas de biología molecular de la Estación Espacial, lo que permite estudiar la reparación del ADN y una variedad de otras investigaciones biológicas en microgravedad”, consideró la NASA en un comunicado oficial.
La astronauta de la NASA Christina Koch trabajó en la Estación Espacial con la técnica de edición genética en hongos levaduras/NASA
La astronauta de la NASA Christina Koch trabajó en la Estación Espacial con la técnica de edición genética en hongos levaduras/NASA
Antes, había problemas técnicos y de seguridad que habían impedido que se realizaran ese tipo de estudios a bordo de la Estación Espacial Internacional. Se sabe que el organismo puede reparar las roturas de doble cadena del ADN de dos maneras principales. En un método, se vuelven a unir las hebras crudamente de manera tal que se pueden añadir o eliminar bases. El otro método utiliza un molde de reparación y es capaz de remendar las hebras sin cambiar la secuencia del ADN.
La idea de hacer el experimento de la edición genética con la miniPCR fue de cuatro estudiantes de Minnesota: Aarthi Vijayakumar, Michelle Sung, Rebecca Li y David Li. Los estudiantes se ganaron la oportunidad de participar en la investigación como parte del programa Genes en el Espacio (“Genes in Space”). Los estudiantes son también coautores del trabajo con Kraves y Ezequiel Álvarez Saavedra, quienes estudiaron biología en la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la Universidad de Buenos Aires.
Kraves y Álvarez Saavedra son amigos desde que cursaron la licenciatura. Luego, el primero obtuvo un doctorado en neurobiología molecular en la Universidad de Harvard. El segundo se doctoró en genética con el Premio Nobel de Medicina Robert Horvitz, en el Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT), en Cambridge, Estados Unidos. Años atrás, aún en Cambridge, decidieron abrir su propia startup para desarrollar y vender la mini-máquina que amplifica el ADN y democratizó a la ciencia.
Mediante el uso de la técnica de edición genética CRISPR, los investigadores pueden crear roturas controladas con precisión en un lugar conocido del genoma, y se eliminan los posibles riesgos del daño aleatorio. Esto sentó las bases para permitir que la reparación del ADN se produzca en el espacio, y aporta la oportunidad de obtener información sobre el tipo de mecanismo de reparación utilizado.
“Entender si un tipo de reparación es menos propenso a los errores tiene importantes implicaciones”, aclaró Sarah Wallace, microbióloga de la División de Investigación Biomédica y Ciencias Ambientales del Centro Espacial Johnson de la NASA en Houston. “¿Podría desarrollarse una terapéutica que favorezca una vía en detrimento de la otra, o necesitamos más protección contra la radiación, o ambas? Es importante obtener esta comprensión para ayudar a asegurar que estamos protegiendo a la tripulación y ayudándola a recuperarse de la mejor manera posible”, comentó Wallace.
Realizar todo el proceso en el espacio -en lugar de provocar una rotura, congelar la muestra y enviarla al espacio para repararla- permite determinar los efectos de las condiciones del vuelo espacial, y sólo de las condiciones del vuelo espacial, en el proceso. El concurso Genes en el Spacio y otras investigaciones relacionadas con el ADN que se han desarrollado en la Estación Espacial también han producido avances en el hardware.
Sarah Rommel, autora principal del artículo e investigadora del Laboratorio de Microbiología de Johnson y de la empresa JES Tech, comentó el valor de usar tecnologías nuevas: “No podemos tomar exactamente lo que tenemos en la Tierra y simplemente ponerlo en el espacio, porque tenemos que mantener la seguridad de la tripulación y de todos los sistemas de vida ambiental a bordo. Por ejemplo, hicimos nuestros propios kits a medida para todo el proceso, buscando cómo utilizar la menor cantidad de los materiales más seguros y seguir obteniendo la mejor ciencia.”
“Aunque se necesita más trabajo para entender las posibles preferencias hacia los procesos de reparación del ADN utilizados en el espacio, este trabajo demostró la sofisticación de lo que se puede hacer con las herramientas moleculares a bordo”, añadió Wallace. “Tener todo un laboratorio molecular en el espacio va a suponer una explosión de lo que podemos hacer allí, incluyendo investigaciones más complejas como este trabajo de CRISPR. También estamos estudiando cómo aplicar estos métodos en otros entornos, como las habitaciones de los hospitales”, sostuvo. La capacidad de generar datos casi en tiempo real podría suponer una enorme ventaja para hacer frente a la crisis de resistencia de los microbios a los medicamentos y en entornos con recursos limitados.
En la entrevista con Infobae, el doctor Kraves comentó qué podría pasar en el futuro a partir del resultado de la investigación: “En cuanto al futuro, el paso siguiente sería esencialmente repetir este experimento, pero a mayor escala. Nos permitiría sacar conclusiones acerca del tipo de reparación del ADN que prevalece en el espacio. Es importante entender si las condiciones cósmicas influyen en el modelo de reparación que se activa en las células al viajar por el espacio, o si todo transcurre de la misma manera que en la Tierra. Obtener este tipo de informacion puede ser el primer paso -entre muchos- en el desarrollo de mecanismos protectivos para los viajeros espaciales”.
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