MOET-assisted CRISPR/Cas9-mediated MSTN genome editing in caprine embryos by electroporation and embryo transfer

En el mundo de la ganadería, el objetivo ha sido durante mucho tiempo mejorar a los animales que proporcionan alimentos y medios de subsistencia a millones de personas. Durante décadas, los ganaderos y científicos han dependido de la cría selectiva, esperando a que la naturaleza produzca animales con mejores rasgos, o utilizando tecnologías reproductivas para multiplicar la descendencia de los mejores ejemplares. Sin embargo, este proceso es lento y está limitado por la variación genética ya presente en la manada. Una herramienta más reciente, conocida como edición genómica, ofrece una forma de realizar cambios precisos en el código genético de un animal, potencialmente introduciendo rasgos deseables mucho más rápido de lo que los métodos tradicionales podrían lograr. Un gen específico, que actúa como un freno natural al crecimiento muscular, se ha convertido en un objetivo principal para esta tecnología. Cuando este freno se afloja o se elimina, los animales desarrollan más músculo, un rasgo que es altamente valioso para la producción de carne. El desafío radica en entregar las herramientas de edición en las etapas más tempranas de la vida sin dañar el delicado embrión, una tarea que requiere un equilibrio entre precisión y delicadeza.

Un equipo de investigadores del Instituto Central de Investigación sobre Cabras en la India ha dado un paso significativo hacia la resolución de este desafío combinando dos técnicas establecidas: un método para recolectar muchos embriones a la vez y una forma de entregar herramientas genéticas en ellos sin cirugía invasiva. Los investigadores se centraron en el gen de la miostatina, el regulador natural que limita el tamaño del músculo en las cabras. Su objetivo era ver si podían desactivar temporalmente este gen en embriones de cabra justo después de la fertilización, utilizando una herramienta molecular que actúa como un par de tijeras para cortar el ADN en un punto específico. Para hacer esto, utilizaron una técnica llamada electroporación, que utiliza pulsos eléctricos breves y controlados para abrir diminutos agujeros temporales en la membrana celular, permitiendo que las herramientas de edición se deslicen en su interior. Este enfoque evita la necesidad de inyectar cada embrión individualmente con una aguja, un proceso que es difícil y consume mucho tiempo cuando se trata de muchos embriones a la vez.

El estudio comenzó con ocho cabras hembras que fueron tratadas con hormonas para producir múltiples óvulos al mismo tiempo, un proceso conocido como superovulación. Los investigadores recolectaron setenta y ocho óvulos fertilizados, o cigotos presuntivos, de estos animales mediante un procedimiento quirúrgico mínimamente invasivo. Estos diminutos embriones fueron luego colocados en una solución que contenía las herramientas de edición genética, las cuales consistían en una proteína y una molécula guía diseñada para encontrar el gen de la miostatina. El grupo fue sometido a tres pulsos eléctricos cortos, cada uno de tres milisegundos de duración, para ayudar a que las herramientas entraran en las células. Tras el tratamiento eléctrico, los embriones fueron devueltos a un entorno cálido y controlado para crecer. Sorprendentemente, los setenta y ocho embriones se desarrollaron hasta la etapa de mórula en cultivo, y dos de ellos progresaron más allá para convertirse en blastocistos, una etapa de desarrollo más avanzada.

Para verificar que la edición realmente había funcionado, los científicos examinaron cuatro de los embriones en etapa de mórula. Extrajeron el material genético de estas células y buscaron signos de que el gen de la miostatina había sido cortado y reparado con errores, que es como se desactiva el gen. El análisis mostró que tres de los cuatro embriones, o el 75 por ciento, portaban el cambio genético pretendido. Esto confirmó que el método eléctrico entregó con éxito las herramientas de edición y que las herramientas funcionaron correctamente dentro de las células en desarrollo. Los investigadores pasaron entonces a la siguiente fase crítica: ver si estos embriones editados podían crecer hasta convertirse en un feto dentro de una cabra madre. Seleccionaron cuatro embriones que habían alcanzado la etapa de cuatro células y los transfirieron a una sola cabra hembra que había sido sincronizada para estar lista para el embarazo.

La transferencia fue exitosa. La cabra receptora quedó embarazada, y las ecografías confirmaron la presencia de fetos sanos con latidos cardíacos. Desafortunadamente, la cabra madre murió de neumonía a los cincuenta y siete días de gestación, mucho antes de que el embarazo pudiera llegar a término. Sin embargo, los investigadores pudieron recuperar dos fetos intactos del útero. Ambos fetos parecían normales en forma y tamaño, sin signos visibles de problemas de desarrollo, lo que sugiere que el proceso de edición no dañó su crecimiento. El equipo luego probó el material genético de las orejas de estos dos fetos para ver si el gen de la miostatina había sido editado. Los resultados mostraron que uno de los fetos, un macho, portaba la modificación genética, mientras que la hembra no la portaba. Este resultado resalta que, incluso cuando los embriones reciben el mismo tratamiento, la edición puede ocurrir en algunos pero no en otros, una variación conocida en este tipo de ciencia.

Este trabajo demuestra que es posible combinar la recolección de múltiples embriones de un donante con un método de entrega eléctrica no invasivo para editar el genoma de las cabras. El estudio prueba que los embriones pueden sobrevivir a los pulsos eléctricos, continuar desarrollándose en el laboratorio y trasplantarse con éxito en una receptora para crecer como fetos. Si bien la edición no fue exitosa en todos los casos, el hecho de que la modificación fuera detectada tanto en los embriones tempranos cultivados en laboratorio como en un feto que se desarrolló dentro de una madre, muestra que el enfoque es viable. Los investigadores han establecido un flujo de trabajo que vincula la recuperación de embriones de un donante valioso, la aplicación de la edición genómica y la transferencia de esos embriones a una madre sustituta. Esta plataforma integrada proporciona una base para futuros esfuerzos para crear cabras con un crecimiento muscular mejorado, ofreciendo un camino más eficiente para mejorar los rasgos del ganado que la cría tradicional por sí sola.