Evolución genética sintética

WIKIMEDIA COMMONS, CHRISTOPH BOCK (INSTITUTO DE INFORMÁTICA MAX PLANCK)

Los polímeros genéticos sintéticos, denominados ampliamente como XNA, pueden replicarse y evolucionar al igual que sus contrapartes naturales, el ADN. y ARN, según un nuevo estudio publicado hoy (19 de abril) en Science. Los resultados de la investigación tienen implicaciones no solo para los campos de la biotecnología y el diseño de fármacos, sino también para la investigación sobre los orígenes de la vida, en este planeta y más allá.

“Es un gran avance” dijo Gerald Joyce del Instituto de Investigación Scripps en La Jolla, California, quien no participó en el estudio: «un hermoso artículo en el ámbito de la biología sintética».

«Muestra que no» “No es necesario apegarse a los esqueletos de ribosa y desoxirribosa del ARN y el ADN para tener información transmisible, hereditaria y evolutiva”, agregó Eric Kool de la Universidad de Stanford, California, quien tampoco participó en la investigación.

A lo largo de los años, los científicos han creado…

Para responder algunas de estas preguntas, Holliger y sus colegas primero tuvieron que crear enzimas que pudieran replicar los XNA, un primer paso necesario para la evolución. Hicieron esto mediante la mutación aleatoria y la selección de ADN polimerasas existentes por su capacidad para leer XNA, y mediante un proceso iterativo de selección de variantes de polimerasa con capacidades para la síntesis de XNA. Al final, tenían varias polimerasas que podían sintetizar seis tipos diferentes de XNA.

Para ver si los XNA podían evolucionar, generaron secuencias aleatorias de HNA y luego seleccionaron aquellas que podían unirse a dos moléculas objetivo. Después de la selección, los HNA fueron amplificados por las polimerasas recién diseñadas y nuevamente seleccionados por su capacidad para unirse a los objetivos. Ocho rondas de selección más tarde, las secuencias de HNA ya no eran aleatorias, ya que aquellas con un motivo de unión al objetivo particular se volvieron más abundantes. A través de la selección y la replicación, los HNA habían evolucionado.

El hallazgo en sí mismo no es sorprendente, dijo Kool. Los químicos han estado trabajando durante 20 años para encontrar nuevos pilares para el ADN y la sensación siempre fue que sería interesante y muy posible que algunos de ellos pudieran replicarse algún día. Sin embargo, fue impresionante, agregó. La parte difícil fue encontrar las enzimas que pudieran hacerlo. Así que el gran paso adelante para este trabajo fue encontrar esas enzimas.

Las nuevas polimerasas sintetizaron XNA a través de rondas de síntesis de ADN a XNA y XNA a ADN. Generar polimerasas que puedan producir XNA directamente a partir de XNA será el siguiente paso, dijo Holliger, pero será mucho más difícil porque ambas hebras serían extrañas a la polimerasa.

Holliger también explicó que en realidad había una beneficio de tener un intermediario de ADN. Nos permitió acceder a toda la gama de tecnologías disponibles para analizar secuencias de ADN. Trabajar con XNA de manera única, dijo, es como volver a la forma en que era la biología molecular a principios de la década de 1970, en el sentido de que tenemos que desarrollar todas nuestras herramientas de nuevo.

Las polimerasas de Holliger pueden ser la primera adición a la Caja de herramientas XNA pero, a medida que se creen más herramientas, crecerá el potencial para la biología XNA, dijo Jack Szostak de la Facultad de Medicina de Harvard, que no participó en el estudio. A largo plazo, puede ser posible diseñar y construir nuevas formas de vida basadas en uno o más de estos polímeros genéticos no naturales, dijo. Dicho esto, creo que es demasiado pronto para decir si estas nuevas formas de vida tendrían alguna aplicación práctica, agregó.

Independientemente de lo que nos depare el futuro, las nuevas polimerasas podrían tener aplicaciones de inmediato. Esperamos poder desarrollar moléculas de aptámeros XNA que se unan a objetivos específicos contra objetivos médicamente interesantes, dijo Holliger. Los científicos ya están creando aptámeros de ADN y ARN, pero su uso en el cuerpo se ve gravemente obstaculizado por su susceptibilidad a las nucleasas naturales que degradan el ADN y el ARN. Los XNA no son naturales y, por lo tanto, no son susceptibles a las nucleasas, explicó Joyce. Estas cosas son a prueba de balas.

Más allá de las aplicaciones médicas del trabajo, Holliger finalmente obtiene algunas respuestas sobre la base de la vida. El hallazgo emocionante de nuestro trabajo es que realmente parece haber muchas posibilidades, dijo. No hay nada de Ricitos de oro sobre el ADN o el ARN. ¿Significa esto que la vida en otras partes del cosmos es más probable de lo que se pensaba anteriormente? Yo diría un cauteloso sí, dijo Holliger.

VB Pinheiro et al., Synthetic Genetic Polymers Capable of Heredity and Evolution, Science, 336: 341-44, 2012.

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