Científicos han enseñado a una de las enzimas esenciales de la biología a leer un alfabeto genético de ocho letras, lo que potencialmente expande lo que los sistemas vivos pueden ser diseñados para hacer. Toda la vida conocida en la Tierra depende del mismo alfabeto genético de cuatro letras. Investigadores de la Universidad de California en San Diego han demostrado ahora que una de las enzimas más importantes de la biología puede leer y transcribir con precisión una versión mucho más grande que contiene ocho letras genéticas.
El hallazgo sugiere que las células pueden usar su maquinaria molecular existente para manejar información genética sintética. Esto marca un paso importante hacia un objetivo de larga data en la biología sintética: expandir el lenguaje del ADN más allá de las cuatro letras que se encuentran en la naturaleza. En el futuro, tales sistemas podrían ayudar a los científicos a diseñar maquinaria biológica que realice nuevas funciones o produzca compuestos que no existen naturalmente.
Cómo las células leen un alfabeto genético de ocho letras
Los investigadores se centraron en la ARN polimerasa, la enzima que lee el ADN y produce ARN, el primer paso en la expresión génica. Para ver cómo la enzima maneja información genética sintética, el equipo combinó experimentos bioquímicos con microscopía crioelectrónica de alta resolución capaz de revelar estructuras a escalas más pequeñas que el ancho de un solo átomo.
Los investigadores capturaron vistas estructurales detalladas de la ARN polimerasa de la bacteria Escherichia coli (E. coli) mientras reconocía e incorporaba dos pares de bases sintéticos. Estas letras genéticas artificiales no se encuentran en la naturaleza. Las imágenes mostraron que la ARN polimerasa identifica las letras de ADN sintético utilizando muchas de las mismas señales bioquímicas y estructurales en las que se apoya para reconocer pares de bases naturales. Ese hallazgo ayuda a explicar por qué la enzima puede copiar con precisión información escrita usando un alfabeto genético expandido.
En un estudio relacionado publicado en PNAS, el mismo equipo de investigación encontró que la ARN polimerasa también puede reconocer otro par de bases sintéticas aunque carecen de los puentes de hidrógeno que normalmente ayudan a mantener unidos los pares de bases del ADN.
El ADN sintético podría permitir nuevas tecnologías
Las aplicaciones potenciales se extienden mucho más allá de entender cómo funciona el ADN. Investigaciones anteriores ya han utilizado alfabetos genéticos expandidos para crear moléculas de ADN sintético capaces de reconocer células de cáncer de hígado. Al mostrar en detalle molecular cómo la ARN polimerasa lee y transcribe letras de ADN no naturales, la nueva investigación proporciona una base importante para tecnologías construidas alrededor de códigos genéticos expandidos. Las posibles aplicaciones incluyen nuevas herramientas de diagnóstico, terapias y sistemas biológicos diseñados con capacidades que no ocurren naturalmente.
Los estudios, liderados por Dong Wang, PhD, fueron publicados en Nature Communications y PNAS. El trabajo acerca a los científicos a construir sistemas genéticos expandidos que podrían realizar funciones biológicas completamente nuevas.
