An integration-free CRISPR platform for genetic dissection of respiratory virus host dependencies in human nasal epithelium
Este estudio establece un flujo de trabajo de CRISPR/Cas9 libre de integración para la ingeniería genética de células basales nasales humanas con el fin de crear cultivos de interfaz aire-líquido editados genéticamente, los cuales se utilizaron para validar a ACE2 y TMPRSS2 como factores críticos del huésped para la infección por SARS-CoV-2 y hCoV-NL63 en un modelo fisiológicamente relevante.
Artículo original bajo licencia CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Esta es una explicación generada por IA de un preprint que no ha sido revisado por pares. No es consejo médico. No tome decisiones de salud basándose en este contenido. Leer descargo de responsabilidad completo
Los virus que causan enfermedades respiratorias, desde el resfriado común hasta pandemias graves, comienzan su viaje aterrizando en el revestimiento de la nariz. Esta fina capa de tejido, conocida como epitelio nasal, actúa como la primera línea de defensa del cuerpo, una barrera compleja compuesta por muchos tipos diferentes de células que trabajan juntas. Para entender cómo estos virus rompen esta barrera, los científicos necesitan estudiar las herramientas específicas que el virus utiliza para entrar en las células. Durante décadas, los investigadores han dependido de cultivos celulares simples de una sola capa cultivados en placas para probar qué proteínas humanas podría necesitar un virus para infectar a una persona. Sin embargo, estas células artificiales a menudo se comportan de manera diferente al tejido real, de múltiples capas, que se encuentra en una nariz humana viva. Si bien los científicos han desarrollado recientemente modelos mejores que imitan la estructura real del revestimiento nasal, estos modelos realistas han sido difíciles de modificar genéticamente. Sin la capacidad de activar o desactivar fácilmente genes humanos específicos en estos modelos realistas, ha sido difícil demostrar exactamente qué partes del cuerpo humano secuestra un virus para iniciar una infección.
Un equipo de investigadores de la Escuela Médica de Duke-NUS en Singapur ha resuelto ahora este problema creando un nuevo método para editar los genes de estas células nasales realistas. Desarrollaron una forma de utilizar una herramienta molecular precisa, conocida como CRISPR, para recortar genes específicos en las células madre que crecen hasta convertirse en el revestimiento nasal. A diferencia de los métodos anteriores que requerían insertar material genético extraño en las células, lo que podía causar cambios no deseados, este nuevo enfoque es "libre de integración", lo que significa que no deja rastro permanente de la herramienta de edición. Los científicos primero cultivaron células nasales sanas de un donante, luego utilizaron una mezcla temporal de la herramienta de edición y un marcador brillante para recortar genes específicos. Luego clasificaron las células que habían recibido con éxito la herramienta de edición, las expandieron y permitieron que maduraran hasta formar una capa de tejido nasal completa y realista. Este proceso les permitió crear un modelo de tejido donde faltaban genes humanos específicos, permitiéndoles ver exactamente qué sucedía cuando el virus intentaba infectar una nariz sin esas herramientas específicas.
Utilizando esta nueva plataforma, los investigadores probaron cómo dos coronavirus diferentes, el que causa el COVID-19 y otro virus del resfriado común, infectan la nariz humana. Primero eliminaron el gen de una proteína llamada ACE2, que actúa como la puerta principal para que estos virus entren en la célula. Cuando infectaron el tejido editado, los virus no pudieron entrar, confirmando que la ACE2 es absolutamente esencial para que ambos virus infecten la nariz humana. A continuación, investigaron una segunda proteína, TMPRSS2, que actúa como una llave que abre la puerta una vez que el virus está en la superficie. Estudios previos habían sugerido que los virus podrían usar diferentes llaves dependiendo del tipo de célula, pero esta nueva investigación mostró que, en el tejido nasal realista, el virus depende casi totalmente de la TMPRSS2. Cuando los investigadores eliminaron el gen de la TMPRSS2, los virus fueron incapaces de infectar el tejido, demostrando que esta proteína específica es la llave crítica que el virus necesita para entrar en las células nasales humanas.
El estudio también descartó otras vías potenciales que el virus podría utilizar. Los investigadores probaron si los virus podían entrar en la célula a través de una ruta diferente que involucraba la maquinaria celular interna, pero descubrieron que bloquear esta ruta no tenía efecto en la infección. Esto confirmó que, en la nariz humana, el virus no utiliza estos métodos de entrada alternativos. Los hallazgos fueron consistentes entre diferentes donantes, mostrando que la dependencia de estas dos proteínas es una característica fundamental de cómo estos virus infectan a los humanos. Al demostrar que estos virus dependen de proteínas humanas específicas para entrar en la nariz, el estudio proporciona un objetivo claro para futuros tratamientos médicos. Si los científicos pueden desarrollar fármacos que bloqueen tanto la puerta como la llave, podrían potencialmente detener al virus antes de que siquiera entre en el cuerpo. Este nuevo método de editar tejido nasal realista abre la puerta a probar muchos otros virus y comprender exactamente cómo nos infectan, ofreciendo una herramienta poderosa para prepararse ante futuras amenazas respiratorias.
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