Los científicos del Instituto de Investigación Scripps (TSRI) han diseñado una bacteria cuyo material genético incluye un par de bases o “letras” adicionales que no se encuentra en la naturaleza. Las células de esta bacteria única pueden replicar las bases de ADN no naturales más o menos de la misma forma que las bases moleculares naturales.
La vida en la Tierra en toda su diversidad es codificada genéticamente por dos pares de bases de ADN, A-T y C-G. En síntesis lo que han hecho los científicos es crear un organismo que contiene de manera estable un tercer par más de bases no naturales. Esto demuestra que son posibles otras soluciones para el almacenamiento de la información y, por supuesto, nos acerca a una biología del ADN ampliado que tendrá muchas aplicaciones interesantes. El artículo fue publicado en la revista Nature.
Desde finales de la década de 1990 que los autores estaban por para encontrar los pares de moléculas que podrían servir como nuevas bases funcionales del ADN y, en principio, podían codificar para proteínas y organismos que nunca han existido antes.
La tarea no fue nada sencilla. Cualquier nuevo par de bases del ADN funcional tendría 1) que unirse con una afinidad comparable a la de los pares de bases naturales adenina-timina y citosina-guanina, 2) tendrían que alinearse de forma estable al lado de las bases naturales en la estructura de cremallera del ADN. Y finalmente 3) de alguna manera estos intrusos pares de bases tendrían que evitar ser atacados y eliminados por los mecanismos biológicos de reparación del ADN.
A pesar de estos retos, en el año 2008 los científicos habían dado un gran paso hacia ese objetivo pues en un estudio publicado ese año, se identificaron grupos de moléculas de nucleótidos que se podían conectar a través de una doble cadena de ADN casi tan perfectamente como los pares de bases naturales y demostraron también que el ADN que contiene estos pares de bases no naturales puede replicarse en presencia de las enzimas adecuadas. En un estudio que salió al año siguiente, los investigadores fueron capaces in vitro de encontrar enzimas que transcribieron el ADN semi-sintético en su respectivo ARN.
Estos pares de bases no naturales habían funcionado muy bien in vitro, pero el gran reto era conseguir que se trabajara en el entorno mucho más complejo de una célula viva.
Eso es lo que lograron en el nuevo estudio. El equipo sintetizó un tramo de ADN circular conocido como plásmido y lo insertó en células de la bacteria modelo E. coli. El ADN plasmidial contenía pares de bases naturales de A-T y C-G junto con el par de bases “antinaturales” conocidas como d5SICS y DNAM. El objetivo era conseguir entonces que las células de E. coli pudieran replicar este ADN semi-sintético lo más normalmente posible.
El mayor obstáculo puede ser tranquilizador para los temerosos de la liberación no controlada de una nueva forma de vida ya que los bloques de construcción moleculares para d5SICS y DNAM no están de forma natural en las células. Por lo tanto, para obtener la E. coli capaz replicar el ADN que contiene estas bases no naturales, los investigadores tuvieron que suministrar los bloques moleculares artificialmente y que estos entrasen a la célula mediante transportadoras trifosfatos especiales que harían el trabajo.
Los investigadores finalmente fueron capaces de encontrar un transportador trifosfato de una especie de microalgas, que resultó lo suficientemente bueno para la importación de los trifosfatos no naturales.
El equipo encontró que sorprendentemente no solo el plásmido semi-sintético fue replicado con una velocidad y una precisión razonable, sino que tampoco obstaculizó en gran medida el crecimiento de las células de E. coli, y no mostró signos de perder sus pares de bases no naturales por los mecanismos de reparación del ADN.
Algo importante de destacar es que estos dos descubrimientos también proporcionan control sobre el sistema ya que las nuevas bases sólo pueden entrar en la célula si la proteína transportadora está presente. Sin este transportador o sin suministro de las nuevas bases el DNA celular volverá a presentar solo A, T, G, C, y los d5SICS y DNAM desaparecerán del genoma.
El siguiente paso será demostrar que el “nuevo DNA” con su alfabeto ampliado es capaz de ser transcrito en las células in vivo.
Según los autores en principio, es posible codificar nuevas proteínas a base de nuevos aminoácidos no naturales, los que sería muy importante para adaptar proteínas terapéuticas y de diagnóstico y reactivos de laboratorio con funciones deseada. Otras aplicaciones, tales como los nanomateriales, también son posibles con este hallazgo.
Referencias
Denis A. Malyshev, Kirandeep Dhami, Thomas Lavergne, Tingjian Chen, Nan Dai, Jeremy M. Foster, Ivan R. Corrêa, Floyd E. Romesberg. A semi-synthetic organism with an expanded genetic alphabet. Nature, 2014; DOI:10.1038/nature13314