Explorando las fronteras genéticas para mejorar la salud humana

Crédito: Pixabay/CC0 Dominio público

Una cosa es cuestionar cómo funciona la genética humana, pero otra es cuestionar si la ciencia puede crear un sistema genético completamente nuevo.

Gracias a dos nuevas subvenciones de la Fundación Nacional de Ciencias otorgadas a través de la División de Biociencias Moleculares y Celulares por un total de casi $2 millones, el químico de la Universidad de Texas A&M, Jonathan Sczepanski, espera hacer ambas cosas.

El primer premio para su grupo se enfoca en la comprensión de las vías responsables de la modificación química del ADN, que dijo que es importante tanto en la biología normal como en la enfermedad, incluido el cáncer. El segundo premio es una subvención colaborativa con un equipo del Instituto Salk en California que se enfoca en desarrollar sistemas genéticos novedosos «que funcionan de formas fundamentalmente diferentes a las de la biología conocida», dijo.

Sczepanski, un especialista en prevención del cáncer y becario del Instituto de Investigación de Texas (CPRIT) en investigación del cáncer, se unió a la facultad del Departamento de Química en 2015. Su investigación combina experiencia en biología química, química de ácidos nucleicos, biología molecular y evolución dirigida para abordar cuestiones biológicamente relevantes y necesidades de salud humana.

En genomas complejos, como los que se encuentran en los seres humanos, Sczepanski señala que el ADN se modifica químicamente mediante la adición de grupos metilo. Establecer y mantener patrones adecuados de estas modificaciones de metilo es un proceso altamente coreografiado que involucra no solo la adición de grupos metilo, sino también su eliminación, un proceso conocido como desmetilación. Junto con su grupo de investigación, Sczepanski está trabajando para descubrir cómo una enzima clave en la ruta de desmetilación, la timina ADN glicosilasa (TDG), ubica los grupos metilo correctos para eliminar y deja otros en su lugar, una pregunta importante con aplicaciones directas a la enfermedad, así como a potenciales terapéutica.

«La eliminación precisa de los grupos metilo del genoma es fundamental para el desarrollo humano normal, y la desregulación de este proceso puede conducir a muchas enfermedades comunes», dijo Sczepanski. «Por ejemplo, el posicionamiento anormal de los grupos metilo del ADN es una de las características de las células cancerosas. Por lo tanto, al revelar los mecanismos que subyacen a la regulación de la TDG, esperamos avanzar en nuestra comprensión de la etiología de las enfermedades y dar impulso a futuras aplicaciones clínicas».

Al igual que las manos izquierda y derecha, las moléculas biológicas complejas y sus imágenes especulares son estructuralmente distintas, una propiedad conocida como quiralidad. Sczepanski señala que incluso el material genético que se encuentra en toda la vida en la Tierra, los ácidos nucleicos, el ADN y el ARN, son moléculas quirales que pueden existir en forma levógira o levógira. Da la casualidad, sin embargo, que toda la vida en la Tierra usa ADN y ARN dextrógiros, mientras que sus imágenes especulares, el ADN y el ARN dextrógiros, no son creados ni reconocidos por la maquinaria de la célula.

» La ‘invisibilidad’ inherente de los ácidos nucleicos zurdos nos brinda la oportunidad de desarrollar terapias de próxima generación y materiales sintéticos que sean resistentes a la alteración biológica», dijo Sczepanski. «Desafortunadamente, todavía no existen herramientas para diseñar la biología a través del espejo».

En colaboración con colegas del Instituto Salk de Estudios Biológicos, Sczepanski propone sintetizar ácidos nucleicos zurdos no naturales utilizando ácidos nucleicos diestros desarrollados recientemente. enzimas de ácido nucleico entregadas conocidas como enzimas «cruzadas». En pocas palabras, el equipo usará ácidos nucleicos diestros para hacer sus contrapartes zurdas y viceversa. El objetivo inmediato de este proyecto, explica Sczepanski, es proporcionar un conjunto de herramientas sólidas para generar ácidos nucleicos de imagen especular, que él cree que facilitarán el desarrollo futuro de terapias, diagnósticos y otras tecnologías biomédicas de próxima generación.

«A largo plazo, esperamos construir una forma alternativa de genética que funcione a través del espejo, demostrando que la homoquiralidad o el uso de ácidos nucleicos diestros no es esencial para la organización biológica», dijo Sczepanski.

Explore más

Los investigadores sintetizan químicamente una imagen especular de la ADN polimerasa Pfu Más información: Sczepanski Research Group Proporcionado por Texas A&M University Cita: Exploring genetic frontiers para mejorar la salud humana (2021, 11 de octubre) recuperado el 29 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2021-10-exploring-genetic-frontiers-human-health.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.