Cómo explicar matemáticamente el uso de CRISPR / Cas9 para editar ADN

Teoría de la probabilidad para un primer nivel, y mecánica estadística para una explicación más detallada.

La endonucleasa dirigida a Cas9 funciona al “decirle” qué secuencia de ADN cortar, al recibir una molécula de ARN de secuencia de nucleótidos complementaria. Cas9 reconoce el ADN objetivo para cortar por su par de bases que coincide con el ARN guía (ARNg)

La correspondencia correcta de la secuencia de ARN guía con la secuencia de ADN objetivo sigue reglas simples de emparejamiento de bases. Hay esencialmente 4 bases de nucleótidos, y no deben coincidir específicamente. Las cuatro bases de ADN son: A, T, G y C. A solo se empareja correctamente con T, y G solo se empareja correctamente con C. Hay un ligero giro en ese ARN que sustituye a una base de nucleótidos diferente llamada U en lugar de T. Pero La única coincidencia correcta de U es con A, como si fuera una T.

El ARNg que guía la orientación de Cas9 tiene aproximadamente 20 bases de largo. Por lo tanto, podría explicar la especificidad de Cas9 para cortar en cualquier sitio de ADN objetivo probabilísticamente como la probabilidad de una coincidencia correcta de pares de bases entre la longitud total de ADN objetivo (que podría ser millones o miles de millones de pares de bases) y el ARN de Cas9 (aproximadamente 20 pb) .

Un tratamiento probabilístico es importante porque aparentemente Cas9 puede tolerar 1-3 pares no coincidentes entre su plantilla de ARNg y el ADN objetivo potencial, y los estudios recientes han puesto de manifiesto las consecuencias de esto: una intervención de Cas9 a menudo resulta de cientos o más mutaciones “fuera del objetivo” (probablemente a través de la tolerancia de desajuste) además de la mutación prevista por el diseñador de gRNA.

Si desea incluir más física en tal simulación, entonces diría que recurra a métodos de mecánica estadística para simular y analizar este sistema, a saber, el modelado molecular con Monte Carlo o la dinámica molecular.

{Cas9 + sgRNA (gen)} ∈ célula → ge // ne