MOLÉCULAS SINTÉTICAS XNA PUEDE EVOLUCIONAR Y ALMACENAR INFORMACIÓN GENÉTICA, AL IGUAL QUE EL ADN
Moléculas sintéticas XNA puede evolucionar y almacenar información genética, al igual que el ADN
De todas las posibles moléculas en el mundo, sólo dos forman la base de la gran variedad de la vida: el ADN y el ARN. Son los únicos que pueden almacenar y transmitir información genética. Dentro de sus giros repetitivos, estos polímeros codificar la materia de todas las ballenas, la hormiga, la flor del árbol, y la bacteria.Pero a pesar de que el ADN y el ARN desempeñan estas funciones exclusivamente, no son las únicas moléculas que pueden. Vitor Pinheiro, del Laboratorio MRC de Biología Molecular ha desarrollado seis polímeros alternativos llamados XNAs que también pueden almacenar información genética y la evolución por selección natural. Ninguno de ellos se encuentran en la naturaleza. Ellos son parte de una era naciente de "sintética la genética", que amplía la química de la vida en nuevas direcciones desconocidas.
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ADN parece una escalera de torsión. Sus lados son cadenas de un azúcar llamado desoxirribosa (la D en el ADN), unidas por grupos fosfato. Cada azúcar se une a uno de los cuatro 'bases' - éstos forman los peldaños de la escalera, y se significan por las letras A, C, G y T.
El ARN es similar, con tres excepciones importantes. Es por lo general sólo la mitad de una escalera - una sola hélice, más del doble de famoso ADN. Su 'T' es un peldaño 'U'. Y su azúcar es ribosa en lugar de desoxirribosa (de ahí, el R en el ARN).
Ambos de estas moléculas se denominan ácidos nucleicos. Así son XNAs Pinheiro, pero hacen sus escalas con diferentes azúcares. Si se encuentra en arabinosa por desoxirribosa, se obtiene ANA en vez de ADN. Si ciclohexano desempeña el papel, se obtiene CENA. Si el papel se va a treosa, se obtiene TNA, y así sucesivamente. Estas diferencias a un lado, todos los XNAs utilizar las mismas bases y los grupos fosfato mismos. Cualquiera de ellos podría emparejarse con una hebra complementaria de ADN o ARN.
"Ellos son muy interesantes con respecto al origen de la vida", dice Jack Szostak , biólogo de Harvard que estudia el origen de la vida y que no participó en el estudio. "En principio, muchos polímeros diferentes podrían servir las funciones de los ARN y el ADN en los organismos vivos.¿Por qué entonces la biología moderna utilice únicamente ARN y el ADN? "
La mayoría de los biólogos piensan que el ARN precedió ADN como molécula de la vida en jefe de información. Phil Holliger, quien dirigió el nuevo estudio, dice que la "conclusión ineludible" es que su dominio fue el resultado de un "accidente congelado en el origen de la vida". ARN puede haber ganado la supremacía, debido a factores aleatorios en lugar de alguna cualidad inherente, tal como VHS y Blu-Rays-finalmente se impuso a Betmax y HD DVD.
La alternativa es que algunos ácidos nucleicos pueden ser mejores en copiar sí mismos, o la aceleración de otras reacciones químicas. "El trabajo de Phil sin duda hará que sea posible comparar las capacidades funcionales de una amplia gama de ácidos nucleicos sintéticos", dice Szostak.
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Pinheiro creó sus XNAs por ajustar una enzima natural llamada ADN polimerasa, que copia el ADN.Se "lee" un trozo de ADN, toma cerca de las bases, y el montaje de una cadena a juego. Si se establece la polimerasa suelta a su propio gen, puede obtener la enzima para hacer más copias de sí mismo.
Aquí está la parte ingeniosa. ADN polimerasa es normalmente muy quisquilloso con las bases de lo agarra. Se selecciona sólo aquellos con un azúcar desoxirribosa de manera que ensambla el ADN, en lugar de cualquier otro ácido nucleico. Pero Pinheiro desarrolló la enzima de manera que prefiere utilizar los bloques de construcción de sus XNAs lugar.
Empezó con un grupo variado de polimerasas, todo ligeramente diferente, y todo ello mezclado con su propia gen correspondiente. A continuación, les proporcionaron los bloques de construcción de XNA. Dentro de estos grupos de enzimas variadas, algunas eran mejores en la construcción de los ácidos nucleicos con las espinas dorsales de azúcar extraños. Mediante la selección de estas polimerasas inusualmente eficientes, Pinheiro se desarrolló rápidamente las enzimas que podrían ensamblar hebras de ADN de los seres XNA.
También creó una enzima que podría hacer a la inversa - convertir XNA en el ADN. Por supuesto, ninguna enzima natural puede incluso comenzar a hacer esto, así que el truco de la evolución no trabajar en esta dirección. En su lugar, Pinheiro utilizado un método de fuerza bruta: tomó una polimerasa diferente, mutado de forma aleatoria, y miró para las versiones de que podría hacer la conversión de XNA a ADN. Finalmente, se moldea una.
Pinheiro terminó con enzimas que puede copiar información entre XNA y el ADN, con una exactitud del 95 por ciento o más. Con más trabajo, debe ser posible para cortar el ADN fuera del circuito completo, de modo que puede ser directamente XNAs construido a partir de XNAs. Si esto es posible, Szostak agrega: "En el largo plazo, puede ser posible diseñar y construir nuevas formas de vida que se basan en uno o más de estos polímeros genéticos no naturales".
Ya hay indicios de esto. El equipo ha logrado hasta ahora copiar Fana y FANA, cena De la Cena, y aun HNA del CENA. Sin embargo, todos estos pasos eran mucho menos eficaz que el trabajo a través del ADN. Pero Holliger dice que habría pocos beneficios a abandonar la mitad-hombre, porque "es conveniente para ir a través del ADN." Eso es porque toda nuestra tecnología genética está orientada a nuestros ácidos nucleicos estándar. Si nos desplazamos hacia XNA sólo de experimentos, también tendrían que ajustar nuestras herramientas de secuenciación y las técnicas de clonación para igualar.
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Los XNAs tienen diferencias importantes a sus primos más conocidos. "No hemos ido muy lejos de la química del ADN estándar, pero los XNAs ya tienen propiedades notablemente diferentes", dice Holliger.
Para empezar, son extremadamente difíciles. En el mundo natural, el ADN y el ARN se ven acosados por muchos peligros. Los ácidos rompen con algunos de sus peldaños, y muchas enzimas fácilmente reducir sus columnas vertebrales. Pero XNAs no tienen ese problema. Su naturaleza no natural los hace invulnerables a las enzimas, los valores extremos de pH, y otras condiciones adversas. "Son realmente duros que una piedra. Hemos tirado todo el catálogo de New England Biolabs a ellos ", dice Holliger, en referencia a un directorio masivo de reactivos químicos.
Estas propiedades significa que los XNAs son muy adecuados para ciertas aplicaciones. Durante décadas, los científicos han creado hebras cortas de ADN o ARN llamadas aptámeros , que están diseñados para pegarse a objetivos específicos. Ellos podrían actuar como sensores que revelan la presencia de una molécula específica, o administrar medicamentos a las células enfermas pegándose a las proteínas indicadoras. Sus usos son innumerables, pero son herramientas frágiles.
Si aptámeros se construyeron a partir XNAs (y más sobre esto más adelante), que sería más difícil.Sin embargo, todavía conservan su característica esencial: que podría evolucionar a reconocer los diferentes objetivos. Al igual que el ARN, muchos de los XNAs pliegan en complicadas estructuras tridimensionales. Alex Taylor utiliza esta propiedad para crear HNA aptámeros (H es para anhydrohexitol) que reconocen una proteína y una forma de ARN, en varias ocasiones la selección de las que forman el ajuste más cercano.
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Este nuevo estudio es uno de los muchos intentos de ampliar la gama de colores de las moléculas que transportan la información genética. Cada parte de la escalera está a la modificación, a partir de las bases de los azúcares. Por ejemplo, Steve Benner de la Fundación para la Evolución Molecular Aplicada, ha creado un polímero que se añaden dos nuevas bases a la Z y P-para el cuarteto actual de A, G, C y T. "permite una mayor densidad de información", dice .
"Esto es sólo el comienzo", dice Holliger. "Vamos a tratar de llegar a la química cada vez más divergentes."
Por supuesto, hablar de los productos químicos artificiales, especialmente difíciles de destruir a unos, está destinado a provocar una discusión acerca de los riesgos. De hecho, en un editorial relacionado, Gerald Joyce , del Instituto Scripps dice que los biólogos, mientras que están empezando a "juguetear en los mundos de la alternativa de la genética", que "no deben andar en las áreas que tienen el potencial de dañar nuestra biología."
George Church de la Universidad de Harvard, dice que antes de evaluar los beneficios de la tecnología y los riesgos, vamos a tener que ver ejemplos de lo que puede lograr que "no se puede lograr utilizando el ADN o el ARN". Él dice: "El riesgo podría aumentar por el aumento de la supervivencia de XNA en relación a [ADN o ARN]. Eso podría conducir a una sustitución completa de los ácidos nucleicos naturales con los artificiales.
Sin embargo, Benner que los XNAs realmente "mitigar los riesgos asociados a la biotecnología".Muchas de las preocupaciones acerca de la modificación genética giran en torno a los genes alterados va salvaje, y sin freno por las poblaciones silvestres. Pero XNAs no debería ser capaz de hacer eso. En un mundo regido por el ADN y el ARN, XNAs sería invisible. Se sentaban detrás de un firewall genética, no puede intercambiar información genética con los seres vivos. Dichas moléculas, lejos de ser un peligro natural, en realidad podría ser la última herramienta de seguridad de la biotecnología .
Referencia: Pinheiro, Taylor, Cozens, Abramov, Renders, Zhang, Chaput, Wengel, Pico-Chew, McLaughlin, Herdewijn y Holliger. 2012. Polímeros sintéticos genéticos capaces de herencia y la evolución. Ciencia http://dx.doi.org/10.1126/science.1217622
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