La creación de nuevas proteínas a partir de organismos con el código genético extendido ya es una realidad

Amparo Tolosa, Genética Médica News

 

código genético extendido

Las bacterias con un código genético extendido podrían producir nuevas proteínas con aplicaciones en biotecnología y medicina. Imagen:  Mattosaurus.

En mayo de 2014 un trabajo del Scripps Research Institute de California, dirigido por Floyd E. Romesberg, marcaba un antes y un después en la historia de la biología molecular al obtener el primer organismo, una bacteria, en el que se habían incorporado en su material genético dos nucleótidos o unidades de información genética no presentes en la naturaleza.

Poco más de un año después, la empresa biotecnológica Synthorx acaba de anunciar la producción de proteínas que incorporan nuevos aminoácidos mediante la tecnología desarrollada por el equipo de Romesberg.

Synthorx, de la que el propio Romesberg es uno de los fundadores, anunció el pasado 18 de agosto que ha desarrollado y validado un sistema de expresión de proteínas sintéticas, en el que pueden incorporarse múltiples aminoácidos nuevos en diferente posición, todo ello atendiendo al nuevo código genético ampliado con la introducción de los dos nuevos nucleótidos.

Los genomas de cada organismo presente en la naturaleza contienen toda la información hereditaria codificada bajo la forma de la combinación de cuatro unidades básicas: adenina, timina, citosina y guanina (A, T, C, G), que se emparejan dos a dos en la estructura de la doble hélice. El equipo de Romesberg consiguió introducir dos unidades más: d5SIC STP y dNaMTP (abreviadas como X e Y), las cuales se emparejan entre sí. De este modo, el código genético tradicional, en el que las 64 combinaciones formadas por los tripletes de cuatro nucleótidos codifican para los aminoácidos nativos, se ampliaría a 216 combinaciones, aumentando notablemente el número de aminoácidos que pueden utilizarse durante la síntesis de las proteínas y por tanto, su complejidad o posibilidades funcionales.

“Cuando empecé a trabajar en las bases sintéticas, hace más de 15 años, el objetivo final era siempre ser capaz de incorporar, de forma robusta, nuevos aminoácidos a las proteínas,” comentaba Romesberg en la nota de prensa publicada en el lanzamiento oficial de la empresa, el mismo día en el que se hacía público su trabajo en la revista Nature. “Con la capacidad de generar proteínas nuevas y diversas, tenemos una oportunidad significativa de hacer un salto revolucionario hacia la mejora de la salud mediante la creación de nuevas aplicaciones médicas y tecnológicas.”

código genético extendido. Imagen cortesía de Synthorx, traducida al español por Genética Médica News.

Añadiendo un par de bases sintéticas – denominadas X e Y – al ADN, el número de aminoácidos posibles que una célula puede utilizar para construir proteínas aumenta desde 20 a 172. Esto abre nuevas posibilidades de añadir múltiples aminoácidos nuevos para crear nuevas y variadas proteínas para mejorar enzimas, fármacos, diagnósticos y vacunas.
Imagen cortesía de Synthorx, traducida al español por Genética Médica News.

El problema, hasta ese momento, era encontrar una forma de integrar, de forma práctica y escalable, aminoácidos sintéticos (los cuales se habían creado por miles en diferentes laboratorios durante los últimos años) en posiciones específicas de las cadenas polipeptídicas que conforman las proteínas. La nueva tecnología mejorada y desarrollada por Synthorx permitirá avanzar significativamente en este sentido. La finalidad última del proceso será crear nuevas proteínas que tengan aplicaciones en medicina o biotecnología y que puedan ser producidas de forma más eficiente y barata que por los métodos tradicionales. “Con nuestro par de bases sintéticas podemos añadir múltiples y diferentes aminoácidos nuevos en cualquier posición de una proteína,” afirma Court Turner, cofundador y presidente de Synthorx.“ Ahora podemos crear proteínas más diversas para mejorar los fármacos, el diagnóstico y las vacunas.”

Synthorx no es la única empresa enfocada en la obtención de proteínas que incluyan aminoácidos no presentes en la naturaleza. Ambrx, otra startup biotecnológica californiana, utiliza su propio sistema para introducir aminoácidos no nativos en proteínas con fines terapéuticos, aunque en su caso no utiliza nuevos nucleótidos, sino ingeniería química y genética.

Pese a las amplias posibilidades de la producción de nuevas proteínas en los diferentes campos de la biotecnología, la creación de organismos modificados con nuevo material genético, que producen proteínas no presentes en la naturaleza cuya función, a priori, es desconocida, levanta también preocupación, ya que se desconoce el efecto que podría tener la liberación de uno de estos organismos en el medioambiente. Para evitar que algo así sucediera Synthorx ha tomado dos medidas de control. En primer lugar, las bases sintéticas únicamente se introducen en la célula si ésta ha recibido la proteína encargada de transportarlas al interior. En segundo lugar, las bases sintéticas no están presentes en la naturaleza y únicamente pueden ser creadas en el laboratorio. Así, si las células no reciben las nuevas bases, volverán a un estado en el que los únicos nucleótidos presentes en el material hereditario sean A, T, G y C.

La utilización de aminoácidos no nativos para la producción de nuevas moléculas con propiedades terapéuticas se ha convertido en una aproximación muy prometedora. En los próximos años se verá si cumple con las expectativas.

Fuentes:

Malyshev DA. A semi-synthetic organism with an expanded genetic alphabet.Nature. 2014 May 7. doi: 10.1038/nature13314.

http://synthorx.com/news/2015-08-18-synthorx-advances-its-synthetic-dna-technology-to-make-its-first-full-length-proteins-incorporating-novel-amino-acids

http://www.technologyreview.com/news/540701/synthetic-life-seeks-work/

http://ambrx.com/technology/

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