Hacia el diseño de un nuevo código genético

Si hace poco más de un mes la biología sintética asombraba a la comunidad científica con la creación de un cromosoma artificial, esta semana el diseño de una bacteria que incluye un nuevo par de bases nucleotídicas sintéticas en su material genético ha provocado una auténtica revolución.

El trabajo, realizado en el The Scripps Research Institute de California, fue publicado el pasado 7 de mayo en la revista Nature y es el resultado de más de 10 años de investigación por parte del equipo liderado por el profesor Floyd E. Romesberg.

El genoma de un organismo contiene toda la información genética codificada por medio de la combinación de cuatro unidades: adenina, timina, citosina y guanina, las cuales se emparejan dos a dos (A-T, C-G) en la estructura de la doble hélice. Para que la introducción de nuevos nucleótidos en el genoma de un organismo pueda ser considerada como exitosa, son necesarias una serie de condiciones: en primer lugar, las bases nucleotídicas deben emparejarse de manera semejante a las existentes en la naturaleza, para no alterar la estructura en doble hélice; además, deben estar disponibles en el interior de la célula en una forma que puedan ser utilizados para la síntesis de ADN; las polimerasas deben poder utilizar los nucleótidos de forma precisa durante la replicación del ADN; y por último, los nucleótidos deben incorporarse de manera estable y no ser eliminados por los mecanismos de reparación del ADN. El equipo del Dr. Romesberg había avanzado en algunos de estos aspectos durante los últimos años, sin embargo, siempre en condiciones in vitro. Ahora, por primera vez se ha conseguido en un organismo vivo.

Los investigadores utilizaron la pareja de nucleótidos sintéticos, d5SCICS y dNaM, que habían proporcionado los mejores resultados en la replicación sintética de ADN en tubos de ensayo y la integraron en un plásmido que introdujeron en la bacteria Escherichia coli. La clave para que los nucleótidos, no presentes en la naturaleza, estuvieran disponibles para toda la maquinaria de síntesis de ADN fue añadir también un plásmido con un gen que codificaba para un transportador de nucleótidos trifosfato. Este transportador, procedente de un tipo de microalga, permitiría el paso de los nucleótidos, desde el medio de cultivo, dónde se habían añadido artificialmente, hasta el interior de la célula. Finalmente, los investigadores consiguieron demostrar la incorporación de los nucleótidos exógenos en la célula, su utilización por parte de polimerasas en la replicación del ADN plasmídico y su estabilidad frente a los mecanismos de reparación del ADN. La siguiente fase de la investigación será demostrar que este nuevo ADN se transcribe a ARN de forma normal en la célula y evaluar cómo podría ser utilizado por la maquinaria enzimática encargada de la síntesis proteica.

La obtención del primer organismo que incluye tres emparejamientos de bases en lugar de los dos originales ofrece posibilidades infinitas en el campo de la biología sintética. Una de ellas es la obtención de nuevas proteínas creadas a partir de nuevos aminoácidos. La expansión del código genético de las 64 combinaciones formadas por tripletes de cuatro nucleótidos, a las 216 combinaciones que se obtendrían utilizando también d5SCICS y dNaM, permitiría ampliar el número de aminoácidos que pueden ser utilizados durante la síntesis de proteínas, aumentando la complejidad de las mismas. Este potencial de diseño sintético de proteínas a la carta favorecería sin duda la creación de nuevas terapias y herramientas de diagnóstico, entre otras aplicaciones.

Referencia: A semi-synthetic organism with an expanded genetic alphabet.Nature. 2014 May 7. doi: 10.1038/nature13314. http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature13314.html

Escherichia coli By Mattosaurus (Own work) [Public domain], via Wikimedia Commons

Escherichia coli By Mattosaurus (Own work) [Public domain], via Wikimedia Commons

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