Replicando las bases del ADN los científicos del TSRI crean ADN “alfabético” que no se encuentra en la naturaleza duplicándose en forma “natural”.
Científicos crean el primer organismo vivo que transmite las letras añadidas en «alfabeto» del ADN
Los científicos del Instituto de Investigación Scripps (TSRI) han diseñado una bacteria cuyo material genético incluye un par adicional de ADN «letras» o bases, que no se encuentra en la naturaleza.
Las células de esta bacteria única pueden replicar las bases de ADN no naturales más o menos normal, por el tiempo que se suministran los bloques moleculares.
«La vida en la Tierra en toda su diversidad es codificada por dos pares de bases de ADN, AT y CG, y lo que hemos hecho es un organismo que contiene de manera estable los dos más un tercer par, no natural de bases», dijo el Profesor Asociado Floyd E. Romesberg, quien dirigió el equipo de investigación.
«Esto demuestra que son posibles otras soluciones para el almacenamiento de información y, por supuesto, nos acerca a una biología-ADN ampliada que tendrá muchas emocionantes aplicaciones de nuevos medicamentos a los nuevos tipos de nanotecnología.»
El informe sobre la consecución aparece el 7 de mayo del 2014, en una publicación adelantada en Internet de la revista Nature.
Muchos desafíos
Romesberg y su laboratorio han estado trabajando desde finales de la década de 1990 para encontrar los pares de moléculas que podrían servir como bases-y de un ADN nuevo, funcional, en principio, podría codificar proteínas y organismos que nunca han existido antes.
La tarea no ha sido sencilla. Cualquier nuevo par de bases de ADN funcional tendría que unirse con una afinidad comparable a la de la nucleósido pares de bases adenina-timina natural y citosina-guanina.
Tales bases nuevas también tendrían que alinearse de forma estable al lado de las bases naturales en un tramo de cremallera de ADN.
Ellos serían necesarios para descomprimir y volver a hacer el zip suavemente cuando es trabajado por enzimas polimerasas naturales durante la replicación y transcripción del ADN en ARN.
Y de alguna manera estos intrusos nucleósidos tendrían que evitar ser atacados y eliminados por los mecanismos de reparación del ADN naturales.
A pesar de estos retos, en 2008 Romesberg y sus colegas habían dado un gran paso hacia ese objetivo; en un estudio publicado ese año, se identificaron grupos de moléculas de nucleósido que puede conectar a través de una doble cadena de ADN casi tan perfectamente como pares de bases naturales y demostraron 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 de encontrar enzimas que transcriben el ADN semi-sintético en el ARN.
Pero este trabajo que se llevó a cabo en el entorno simplificado de un tubo de ensayo. «Estos pares de bases no naturales han funcionado muy bien in vitro, pero el gran reto ha sido conseguir que se trabaje en el entorno mucho más complejo de una célula viva,» dijo Denis A. Malyshev, miembro del laboratorio Romesberg quien fue el autor principal del nuevo informe.
Microalgas llevan al logro
En el nuevo estudio, el equipo sintetizó un tramo de ADN circular conocido como un plásmido y lo insertó en células de la bacteria común E. coli.
El ADN plásmido contenía pares de bases naturales de AT y CG junto con el mejor comportamiento antinatural base par que había descubierto el laboratorio de Romesberg, dos moléculas conocidas como d5SICS y DNAM. El objetivo era conseguir que las células de E. coli replique 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: 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 para replicar el ADN que contiene estas bases no naturales, los investigadores tuvieron que suministrar los bloques moleculares artificialmente, mediante su inclusión en la solución fluida fuera de la célula.
Entonces, para obtener los bloques de construcción, conocidas como nucleósidos trifosfato, en las células, tenían que encontrar moléculas de trifosfato transportadoras especiales que harían el trabajo.
Los investigadores finalmente fueron capaces de encontrar un transportador trifosfato, hecho por una especie de microalgas, que era lo suficientemente bueno para la importación de los trifosfatos no naturales. «Ese fue un gran avance para nosotros…», dijo Malyshev.
A pesar que la finalización del proyecto tomó otro año, no han surgido grandes obstáculos otra vez. El equipo encontró, tanto para su sorpresa, que el plásmido semisintético era replicado con una velocidad y una precisión razonable y no obstaculizaba en gran medida el crecimiento de las células de E. coli, y no mostró signos de perder sus pares de bases no naturales a los mecanismos de reparación del ADN.
«Cuando paramos el flujo de los bloques de construcción trifosfato no naturales en las células, la sustitución de d5SICS-DNAM con pares de bases naturales estaba muy bien correlacionada con la replicación de las células en sí-que no parece que haya otros factores de escisión de los pares de bases no naturales a partir del ADN «, dijo Malyshev.
«Una cosa importante a tener en cuenta es que estos dos descubrimientos también proporcionan control sobre el sistema. Nuestras nuevas bases sólo pueden entrar en la celda si encendemos la proteína» base transportista ». Sin este transportador o nuevas bases no se proporcionan, la celula volverá a A, T, G, C, y los d5SICS y DNAM desaparecerán del genoma «.
El siguiente paso será demostrar la transcripción en células del nuevo, DNA-alfabeto ampliado en el ARN que alimenta la maquinaria productora de proteínas de las células. «En principio, podríamos codificar nuevas proteínas hechas de nuevo, ácidos-aminoácidos no naturales que nos daría más poder que nunca para adaptar proteínas terapéuticas y de diagnóstico y reactivos de laboratorio para hacer funciones deseadas», dijo Romesberg.
«Otras aplicaciones, tales como los nanomateriales, también son posibles.»
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