El ácido desoxirribonucleico (ADN), contiene las instrucciones genéticas usadas en el desarrollo y funcionamiento de todos los organismos vivos, almacena su información en solo cuatro sustancias químicas clave (bases nitrogenadas): Guanina, Citosina, Adenina y Timina, comúnmente conocidas como G, C, A y T, respectivamente. Normalmente, el ADN se encuentra “enroscado” sobre sí como una doble hélice, cada una de las ‘cadenas’ se une de manera complementaria a la otra, es decir, las A’s se unen a su complementario que son las T’s, mientras que las C’s se unen a las G’s. Las bases nitrogenadas se unen porque forman puentes de hidrógeno: cada una posee átomos de hidrógeno, que son atraidos por los átomos de nitrógeno u oxígeno de su pareja, como ladrillos de Lego que se unen cuando los orificios y las puntas se alinean.
Doble cadena (hélice doble) donde se muestra la complementariedad de bases nitrogenadas. Imagen: physicsworld.com
Ahora, científicos han duplicado ese número, han diseñado cuatro bases nitrogenadas (sintéticas o antinaturales) llamadas S, B, P y Z, y en su estudio publicado en la revista Science, donde el grupo dirigido por Steven Benner, fundador de la Fundación para la Evolución Molecular Aplicada, sugiere que este alfabeto genético expandido podría, en teoría, también respaldar la vida.
Los investigadores llamaron al lenguaje de ocho letras “hachimoji”, por las palabras japonesas para ‘ocho’ y ‘letra’. Las bases adicionales son similares a las cuatro naturales, pero tienen variaciones en sus patrones de unión.
El estudio implica que no hay nada particularmente “mágico” o especial sobre esos cuatro productos químicos que evolucionaron en la Tierra, dice Floyd Romesberg, biólogo químico del Instituto de Investigación Scripps. “Eso es un avance conceptual“, añade.
En su estudio, demostraron sistemáticamente que las bases antinaturales se reconocen y se unen entre sí, y que la doble hélice que forman mantiene su estructura. Luego, los investigadores realizaron una serie de experimentos que demostraron que sus secuencias sintéticas comparten propiedades con el ADN natural que son esenciales para sustentar la vida.
Finalmente, el equipo demostró que el ADN sintético podría transcribirse fielmente en ARN. “La capacidad de almacenar información no es muy interesante para la evolución“, dice Benner. “Debes poder transferir esa información a una molécula para que haga su función“. Convertir el ADN en ARN es un paso clave para convertir la información genética en proteínas, los caballos de batalla de la vida. Pero algunas secuencias de ARN, conocidas como aptámeros, que pueden unirse por sí mismas a moléculas específicas.
Holliger dice que el trabajo es un punto de partida emocionante, pero aún falta una distancia considerable antes de alcanzar un verdadero sistema genético sintético de ocho letras. Una pregunta clave, por ejemplo, será si el ADN sintético puede ser replicado por las polimerasas, las enzimas responsables de sintetizar el ADN dentro de los organismos durante la división celular.
Aún así, Benner dice que el trabajo muestra que la vida podría ser apoyada por bases de ADN con diferentes estructuras de las cuatro que conocemos, lo que podría ser relevante en la búsqueda de claves de vida en otras partes del Universo.
Aplicaciones prácticas
Con una mayor diversidad en los componentes genéticos, los científicos podrían crear secuencias de ARN o ADN que podrían hacer las cosas ‘mejor’ que las cuatro letras estándar, incluidas las funciones más allá del almacenamiento genético.
Por ejemplo, el grupo de Benner mostró previamente que las cadenas de ADN que incluían Z y P eran mejores para unirse a las células cancerosas que las secuencias con solo las cuatro bases estándar. Y Benner ha establecido una empresa que comercializa ADN sintético para uso en diagnósticos médicos.
Los investigadores podrían usar su ADN sintético para crear nuevas proteínas y ARN. El equipo de Benner también ha desarrollado pares de nuevas bases, lo que abre la posibilidad de crear estructuras de ADN que contienen 10 o incluso 12 letras. Pero el hecho de que los investigadores ya hayan expandido el alfabeto genético a ocho es en sí mismo notable, dice Romesberg. “Ya está duplicando lo que la naturaleza tiene“.
