El sistema CRISPR–Cas, derivado de un mecanismo inmunitario adaptativo en bacterias y arqueas, ha revolucionado la ingeniería genética al permitir una edición genómica precisa en diversos organismos 1,2. Un componente clave es el ARN de una sola guía (sgRNA), un ARN quimérico que dirige nucleasas Cas a loci genómicos específicos; su diseño modular permite la reorientación mediante la modificación de una secuencia protoespaciadora de aproximadamente 20 nucleótidos3. Más allá de SpCas9, se han adoptado ampliamente otras nucleasas de Cas con propiedades distintas. Staphylococcus aureus Cas9 (saCas9) es más pequeño, facilitando la administración del virus adenoasociado (AAV) y ampliando así las opcionesde administración 4. Cada sistema requiere arquitecturas específicas de ARN guía, lo que hace que un método de síntesis versátil sea muydeseable 3.
Los métodos tradicionales para generar ARNa guía funcional incluyen la clonación basada en plásmidos, kits comerciales de síntesis de sgRNA o síntesis comercial directa de sgRNAs 5,6. La clonación basada en plásmidos requiere múltiples pasos laboriosos —digestión por restricción, ligadura, transformación y cribado de colonias— que suelen durar más de 48 horas(2, 4, 6). Los kits comerciales de sgRNA, aunque ofrecen un flujo de trabajo optimizado (<5 h), siguen siendo prohibitivamente caros para aplicaciones de alto rendimiento y suelen costar entre 35 y 45 dólares por reacción. La síntesis química directa de sgRNAs ofrece ventajas como alta pureza, modificaciones químicas para mejorar la estabilidad y reducción de efectos fuera del objetivo7; sin embargo, es prohibitivamente cara (típicamente entre 200 y 280 dólares por sgRNA) para aplicaciones de alto rendimiento o cribado a gran escala que requieren cientos de sgRNAs.
En cambio, el método de PCR superpuesta de un solo paso descrito aquí completa la síntesis de plantilla en menos de 5 horas usando cebadores estándar a un coste de aproximadamente 5–8 dólares por sgRNA, lo que representa una reducción sustancial tanto en tiempo como en coste material. Además, los sgRNAs producidos por este método alcanzan eficiencias de edición comparables a las generadas por la clonación basada en plásmidos, como lo confirman ensayos de corte in vitro . Una comparación de estos enfoques se ilustra en la Figura 1.
La PCR de extensión por solapamiento (OE-PCR) proporciona una estrategia rápida e independiente de ligasas para ensamblar fragmentos deADN 8. Este enfoque se ha adaptado para la síntesis de plantillas de sgRNA utilizando cebadores superpuestos. En una reacción de un solo paso usando cuatro cebadores parcialmente superpuestos, se produce unión competitiva: los cebadores exteriores (AF1 y Tracr-R) definen los límites de amplificación, mientras que los cebadores interiores (AF2 y AF3) deben diluirse para asegurar una extensión ordenada desde ambos extremos hacia el centro. A pesar de este marco teórico, un parámetro crítico que afecta a la eficiencia del ensamblaje—la relación óptima de cebadores—no ha sido investigado sistemáticamente. Además, la aplicabilidad más amplia de estos métodos OE-PCR en diferentes sistemas CRISPR sigue sin explorarse.
Para abordar estas limitaciones, se diseñó un estudio para optimizar y validar un método de PCR superpuesta de un solo paso para la síntesis de plantillas de sgRNA. La proporción óptima de cebadores se estableció mediante un diseño experimental estructurado, utilizando electroforesis en gel de agarosa para identificar condiciones que producían un único producto de tamaño correcto. Tras la optimización, se evaluó la versatilidad del método en dos sistemas CRISPR ampliamente utilizados (SpCas9 y saCas9), con amplificación exitosa de ambas plantillas. La validación funcional mediante ensayos de corte in vitro demostró que los sgRNA generados con este método alcanzan eficiencias comparables a las obtenidas mediante clonación basada en plásmidos.
Para evaluar aún más la funcionalidad en un contexto celular, el ARNsgRNA de SpCas9 se complejó con la proteína Cas9 para formar complejos ribonucleoproteicoicos (RNP) y se entregó a HEK293T células mediante electroporación. La edición genómica en un locus endógeno se evaluó mediante un ensayo de endonucleasa T7 I (T7EI), con patrones de canalización en geles de agarosa que indican la formación detectable de indel in vivo. En conjunto, estos hallazgos demuestran que este método produce de forma fiable plantillas de ARNsgRNA funcionales de alta calidad. El siguiente protocolo describe el procedimiento detallado usando SpCas9 como ejemplo representativo, con plantillas de cebador proporcionadas para adaptarse a otras nucleasas de Cas.