La primera enzima sintética a partir de material genético artificial abre las puertas a un futuro de posibilidades biomédicas y biotecnológicas

En el año en el que la biología sintética ha conseguido crear un cromosoma completo artificial, e incluir dos nuevas letras en el código genético, investigadores del Medical Research Council, Reino Unido, han obtenido las primeras enzimas sintéticas del mundo hechas a partir de material genético artificial, descubrimiento que no sólo abre las puertas a un futuro lleno de posibilidades biomédicas y biotecnológicas sino que también acerca a los investigadores al mismo origen de la vida.

El comienzo de la vida en la tierra está estrechamente relacionado con la aparición de polímeros de material genético con capacidad catalítica replicativa, esto es la capacidad de inducir transformaciones químicas necesarias para su replicación en condiciones ambientales que pueden resultar adversas en términos termodinámicos o cinéticos.

Tomando la capacidad autoreplicativa de los ácidos nucleicos ARN y ADN, presentes en la naturaleza como ejemplo, y partiendo de la posibilidad de crear polímeros genéticos sintéticos (denominados XNAs) con estructura química básica no existente de forma natural, el equipo de investigadores, dirigido por Philipp Holliger, creó enzimas sintéticas capaces de llevar a cabo diversas reacciones.

Los XNAs comparten con el ADN y ARN la capacidad de almacenar información, evolucionar y plegarse en estructuras tridimensionales concretas, formando ligandos, pero su capacidad catalítica no había sido evaluada. . El equipo de investigadores creó XNAenzimas a partir de cuatro polímeros genéticos sintéticos de diferente composición química en su esqueleto: en lugar de la habitual ribosa del ADN o ARN, los ácidos nucleicos contenían un esqueleto de arabinosa, fluoroarabinosa, hexitol o ciclohexano. Dichas moléculas mostraron actividad ARN endonucleasa y ARN ligasa.

Puesto que las XNAenzimas son más estables que las enzimas presentes en la naturaleza, los investigadores confían en su gran potencial para el desarrollo de terapias en ciertas enfermedades que se aprovechan de los procesos naturales del organismo para promover su avance, como por ejemplo el cáncer o las infecciones virales. Al no existir en la naturaleza, es de esperar que las enzimas del organismo no reconozcan los XNAs y los degraden, lo que los convierte en candidatos el tratamiento de larga duración de enfermedades relacionadas con el metabolismo del ARN, indica Holliger.

Además de sus posibles aplicaciones, la creación de enzimas artificiales con funcionamiento básico similar a las que se piensa que tuvieron lugar en el origen de la vida, añade múltiples preguntas relacionadas con el mismo. “Hasta ahora, se pensaba que el ADN y el ARN eran las únicas moléculas que podían almacenar información genética, y junto con las proteínas, las únicas biomoléculas capaces de formar enzimas”, comenta Holliger. “Nuestro trabajo sugiere que, en principio, hay un número de posibles alternativas a las moléculas de la naturaleza que proporcionarán los procesos catalíticos necesarios para la vida. La selección de la vida de ARN y ADN podría simplemente ser un accidente de la química de la prehistoria”.

Más allá de ahondar en el pasado del planeta, la creación de material genético y catalítico a partir de moléculas artificiales, plantea también, si puede existir otro tipo de vida basado en dichas moléculas. “La creación de ADN sintético, y ahora enzimas, a partir de bloques de construcción que no existen en la naturaleza también plantea la posibilidad de que, si hay vida en otros planetas, puede haber surgido a partir de un set completamente diferente de moléculas, lo que amplía el número posible de planetas capaces de albergar vida”, indica Alex Taylor, primer autor del trabajo.

Referencia: Taylor AI, et al. Catalysts from synthetic genetic polymers. Nature. 2014 Dec 1. doi: 10.1038/nature13982.

Fuente: http://www.mrc.ac.uk/news-events/news/world-s-first-artificial-enzymes-created-using-synthetic-biology/

Imagen: By RNAMacGyver (Own work) [Public domain, CC-BY-SA-3.0]

Ejemplo de ribozima, ARN con actividad catalítica. Imagen: By RNAMacGyver (Own work) [Public domain, CC-BY-SA-3.0]

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4 Responses

  1. Fernando MG dice:

    Muy interesante, pero algo que no entiendo. Los ácidos nucleicos estaban modificados (esqueletos de arabinosa, fluoroarabinosa, hexitol y ciclohexano), ok; pero, ¿qué tienen de especial los enzimas resultantes? ¿Se traducen siguiendo el código genético habitual? ¿Si es así, por qué se dice que son más estables que los naturales? Y, si no es así, ¿cuál es el nuevo código genético que han inventado?

  2. Se trata de estructuras equivalentes a las ribozimas, en las que la misma molécula de ácido nucleico tiene cierta actividad catalítica, como autoreplicarse o actividad nucleasa (fragmentación de ácidos nucléicos) o ligasa (unión de fragmentos de la molécula) Por esta razón no tiene necesidad de traducirse en proteínas. Són moléculas equivalentes a los ácidos nucléicos. Dada su estructura ajena a la naturaleza, tampoco serían reconocidos por la maquinaria célular para participar en los procesos naturales de la herencia.

  3. lupe dice:

    Hola felicidades .interesante ya que saben bien del tema de enzimas .me gustaría mucho que trabajasen pa ra la enzima.de trimetilaminuria ya que por falta de ella no tenemos vida social por que apestamos por la falla.de esa enzima seria de gran ayuda que la vendieran ya que muchos se los agradeseriamos .dios lo bendiga

  4. Celia dice:

    Produzir a enzima galt para galactossemia

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