¿Puede el ADN autorreplicarse?
WIKIMEDIA COMMONS, MIKE Y AMANDA KNOWLES
Los sistemas biológicos son complicados. Aunque el ADN puede llevar una secuencia simple de pares de bases, una vez que esta información se transcribe en ARN y se traduce en proteínas, esta secuencia simple puede dar lugar a numerosas circunvoluciones, a menudo impredecibles. Enfrentándose a esta imprevisibilidad de la estructura del ARN y la proteína, los biólogos sintéticos pueden tener dificultades para diseñar sistemas biológicos precisos con objetivos específicos. Pero, ¿y si el sistema se construyera completamente con ADN?
En un estudio en Journal of Royal Society Interface publicado en línea la semana pasada, Harish Chandran de la Universidad de Duke y sus colegas usan ADN’s simplicidad y previsibilidad para proponer posibles nanoestructuras de ADN que imitan polimerasas o enzimas de restricción para llevar a cabo una variedad de procesos biológicos.
“Es una demostración teórica clara de que algunas reacciones importantes podrían ser posibles utilizando la estructura del ADN’ ,” dijo Chris Dwyer, un ingeniero informático de la Universidad de Duke que diseña nanoestructuras de ADN y no participó en…
Mientras que el origami de ADN, la construcción de nanoestructuras de ADN plegadas con precisión ya se ha utilizado para facilitar las reacciones enzimáticas a través de la colocación precisa de los componentes. El trabajo de Chandran es el primer intento de utilizar el ADN como enzima en tales sistemas. Los modelos aprovechan la doble hélice y el deseo del ADN de seguir girando. Chandran y su equipo crearon modelos informáticos de estructuras de meta-ADN utilizando piezas de ADN como bloques de construcción, o ladrillos, para construir algo mucho más grande que todavía actúa como una hebra de ADN. Así como una base real es la unidad primaria del ADN, las metabases (ladrillos de ADN) son las unidades primarias del meta-ADN.
Las metabases están diseñadas a partir de tres hebras de ADN bicatenario normal. . Los extremos de cada hilo complementan a los otros dos, y los tres coincidirán en lo que Chandran describe como una estrella de tres puntas. Estas estrellas se pueden unir, nuevamente a través de secuencias terminales complementarias, con otras estrellas, para formar hebras de meta-ADN.
La creación de estructuras de meta-ADN que pueden actuar como enzimas, agregaron los investigadores, simplemente involucra la combinación de dos meta-hebras de diferente longitud, proporcionando una abertura para que se unan otros bits de meta-ADN de una sola hebra. En las condiciones adecuadas, las nuevas metabases podrían comenzar a unirse a la metacadena más larga, lo que permitiría posibles reacciones enzimáticas, como la replicación del ADN (al igual que las reacciones de PCR, en las que se extienden fragmentos de ADN cebadores más cortos en las condiciones adecuadas). El meta-ADN también podría diseñarse para imitar la actividad de las enzimas de restricción si una cadena dentro de una de sus metabases reconoce una secuencia en la cadena de meta-ADN que se va a dividir.
Los investigadores aún tienen que construir dicho ADN -reacciones enzimáticas basadas en, pero han comenzado a construir estructuras de meta-ADN reales, y Chandran confía en que con una planificación cuidadosa, deberían poder poner estos principios en práctica, dijo. Él imagina que algún día podrá crear metacélulas completas, capaces de interactuar con tejido vivo, posiblemente llevando componentes terapéuticos en su interior.
Un sistema construido completamente de ADN debería teóricamente eliminar la imprevisibilidad innecesaria del ARN y las proteínas, y debería facilitar, a la larga, que los biólogos sintéticos diseñen sistemas únicos, dijo Chandran. Tenemos una fuerte creencia en nuestro grupo de que probablemente podamos crear vida primitiva usando solo hebras de ADN.
Dwyer estuvo de acuerdo en que el diseño de enzimas es un problema que aún no se ha resuelto, pero señaló un inconveniente crítico de la tecnología de solo ADN. sistema. En este punto, solo es realmente aplicable a otras construcciones de meta-ADN, explicó Dwyer. Para volverse realmente útil, el meta-ADN deberá poder interactuar con las proteínas. También es probable que el meta-ADN realice reacciones (como la replicación) mucho más lentamente que las enzimas proteicas normales, un punto que Chandran reconoció.
Y no todos ven la necesidad de sistemas solo de ADN en primer lugar. Aunque dice que la investigación es ordenada, el químico de sistemas Douglas Philp de la Universidad de St Andrews en Escocia no siente que las enzimas y el ARN necesiten ser reemplazados. Las proteínas realizan trabajo enzimático, el ARN puede transportar información y catalizar reacciones, y el ADN transporta información, dijo Philp. El ADN es excelente para transportar información porque es muy estable, pero es la extraordinaria complejidad de la estructura de la proteína lo que ayuda a que las enzimas funcionen tan bien. La propensión monótona del ADN por la doble hélice en realidad podría limitar su aplicabilidad, señaló.
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