Resumen:
El campo de la biología sintética ha logrado recientemente hitos importantes. La última investigación realizada por un equipo de investigación científica de la Universidad de California, San Diego, EE. UU., muestra que las enzimas centrales que se encuentran naturalmente en los organismos terrestres pueden reconocer y transcribir con precisión una versión ampliada del código genético compuesto por ocho letras químicas.
Este descubrimiento rompe con la comprensión inherente de que la vida se ha construido a partir de sólo cuatro bases durante miles de millones de años en la naturaleza. Demuestra que la maquinaria molecular existente de las células vivas es totalmente capaz de procesar información genética sintetizada artificialmente, sentando una base molecular clave para el futuro desarrollo de nueva medicina de precisión, fármacos dirigidos y sistemas biológicos diseñados.
La información genética de todas las formas de vida conocidas en la Tierra se registra en el sistema de codificación del ADN que consta de las cuatro letras químicas adenina (A), timina (T), citosina (C) y guanina (G). Aunque los científicos han sintetizado previamente en el laboratorio nuevas bases que pueden integrarse en la estructura de doble hélice del ADN (como el sistema de "ADN de ocho caracteres" que contiene las cuatro bases sintéticas P, Z, B y S), si estas letras antinaturales pueden analizarse con precisión mediante el mecanismo de lectura dentro de las células naturales siempre ha sido el principal obstáculo para la aplicación práctica de la biología sintética.
En el último estudio publicado en Nature Communications, el equipo de investigación se centró en la enzima clave de la expresión genética: la ARN polimerasa (ARN polimerasa). Los investigadores utilizaron tecnología de microscopía crioelectrónica (Cryo-EM) para capturar con éxito una instantánea dinámica de la estructura tridimensional de la ARN polimerasa de Escherichia coli (E. coli) cuando lee y transcribe bases sintéticas en una escala de alta resolución más pequeña que el ancho de un solo átomo. Los datos experimentales muestran que cuando esta enzima natural procesa pares de bases sintéticos, su precisión y eficiencia de transcripción son altamente comparables a las de los pares de bases naturales.
El análisis estructural reveló además que la ARN polimerasa no rechaza estas letras sintéticas como "objetos extraños", sino que las reconoce con precisión a través de nodos de señales estructurales y químicos que son casi los mismos que los utilizados para reconocer bases naturales. Además, el equipo de investigación también encontró en otro estudio complementario publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) que la ARN polimerasa puede reconocer y transcribir con precisión incluso algunos pares de bases no naturales que carecen de las fuerzas tradicionales de enlace de hidrógeno, lo que amplía enormemente el espacio de diseño de alfabetos genéticos artificiales.
Ampliar el alfabeto genético de cuatro a ocho significa un aumento geométrico en la capacidad de almacenamiento de información. Los 64 códigos genéticos compuestos originalmente por combinaciones de tres letras se expandirán explosivamente, permitiendo diseñar y sintetizar artificialmente nuevos aminoácidos y proteínas funcionales que no existen en la naturaleza. Los investigadores señalaron que esta tecnología ya ha mostrado ventajas únicas en el campo del diagnóstico molecular, como la identificación dirigida de células cancerosas del hígado, y esta vez ha conquistado el mecanismo de transcripción de las enzimas naturales, lo que eliminará por completo los obstáculos técnicos al uso de biorreactores de células huésped para producir fármacos sintéticos y biomateriales avanzados.
Comentarios