El poder de codificación del ADN se duplicó
ARRIBA: Una doble hélice de ADN hachimojiMILLI GEORGIADIS, FACULTAD DE MEDICINA DE LA UNIVERSIDAD DE INDIANA
Al combinar cuatro nucleótidos sintéticos con los cuatro que se encuentran naturalmente en los ácidos nucleicos, los investigadores han creado moléculas de ADN de ocho letras que se ven y se comportan como las reales, e incluso se pueden transcribir en ARN, según un artículo publicado en Science hoy (21 de febrero). Con el doble de la capacidad de almacenamiento de información de los ácidos nucleicos naturales, estos ocho letras o “hachimoji” moléculas: podrían tener innumerables aplicaciones biotecnológicas, dicen los científicos.
“Este es un artículo realmente emocionante. . . una verdadera hazaña de ingeniería. Aumenta elegantemente la cantidad de bloques de construcción de ADN y ARN y expande dramáticamente la densidad de información de los ácidos nucleicos” Michael Jewett, de la Universidad Northwestern, que no participó en la investigación, escribe en un correo electrónico a The Scientist
“Es realmente emocionante ver a alguien diseñar [tal ] un sistema” dice el biólogo Eugene Wu de la Universidad de…
Cualquiera que sea la razón, durante los últimos 4 mil millones de años, solo se formaron dos pares de bases entre la guanina (G) y la citosina (C), y entre la adenina ( A) y timina (T), o en el caso del ARN, uracilo (U) han sido todo lo que la naturaleza requirió para crear la infinita variedad de vida que se encuentra en la Tierra. Pero en teoría podría haber más, dice el líder del proyecto Steven Benner de la Fundación para la Evolución Molecular Aplicada y las Ciencias Biomoleculares de Firebird en Florida.
Un par de bases se forma cuando una purina (G o A) se conecta a través del hidrógeno se une a una pirimidina (C, T o U). Sin embargo, hay otras estructuras de tipo purina y pirimidina que hipotéticamente podrían conectarse para producir la misma estructura helicoidal que el ADN estándar.
Benner ha calculado que un total de cuatro pares de bases con enlaces de hidrógeno adicionales, formados a partir de ocho nuevas estructuras, son posibles. Esencialmente, el ADN no ha explotado completamente sus límites estructurales, dice. Y por esa razón, la molécula de ADN podría expandirse. . . . De hecho, podría agregar más letras.
El equipo de Benner incorporó previamente dos pares de bases de nucleótidos sintéticos, Z y Pinto DNA y demostró que estos pueden replicarse y transcribirse in vitro. Ahora, su equipo ha agregado otro par, S y B.
El equipo incorporó los nuevos nucleótidos sintetizados químicamente en oligonucleótidos de doble cadena (que también contienen G, A, T, C, Z y P) y luego probó las temperaturas de fusión de las moléculas, el punto en el que los enlaces de hidrógeno se interrumpen para formar moléculas monocatenarias. Las temperaturas de fusión observadas estuvieron en promedio dentro de 2.1 oC de las predicciones, un margen de error similar para los oligonucleótidos de ADN estándar.
Lo que Steves ahora demostró es que literalmente se pueden duplicar las unidades que se pueden incorporar al ADN y mantener que [ química predecible], que creo que es espectacular y . . . un logro histórico, dice Floyd Romesberg del Instituto de Investigación Scripps en California, quien no formó parte del equipo de investigación.
Además, las estructuras cristalinas de alta resolución de tres oligonucleótidos de ADN hajimoji diferentes confirmaron la similitud estructural.
Entonces, químicamente hablando, el ADN hachimoji se ve y se comporta como el ADN estándar. Sin embargo, las enzimas que leen y procesan los ácidos nucleicos son difíciles de engañar, por lo que para transcribir el ADN de hachimoji en ARN, una prueba de su capacidad de transmisión de información, el equipo probó varias variantes de la ARN polimerasa de bacteriófagos hasta que encontraron una capaz de realizar la tarea.</p
Usando esta polimerasa de ARN, el equipo transcribió una versión hachimoji de un aptámero de ARN conocido llamado espinaca que se une e ilumina un fluoróforo particular. Efectivamente, el ARN de hachimoji transcrito brilló como se esperaba.
La capacidad de hacer ARN de hachimoji funcionales abre muchas posibilidades en el campo de la biotecnología del ARN, dice el químico biológico Nigel Richards de la Universidad de Cardiff, que no participó en la investigación. Los ARN pueden ser moléculas catalíticas, explica, por lo que con una nueva paleta de nucleótidos, tienes más grupos funcionales que pueden realizar diferentes tipos de interacciones con sus moléculas objetivo. . . [aumentando] el rango de catálisis que puede hacer.
El ADN de Hachimoji podría incluso combinarse con otros tipos de nucleótidos artificiales que se basan en una química de emparejamiento de bases diferente, lo que podría aumentar aún más la funcionalidad, dice Ichiro Hirao del Instituto de Biotecnología y Nanotecnología de Singapur, que no participó en la investigación.
Realmente hay, dice Romesberg, una cantidad incontable de aplicaciones.
S . Hoshika et al., Hachimoji DNA and RNA: A genetic system with eight building blocks, Science, 363:88487, 2019.
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