Hace un par de miles de millones de años, cuatro moléculas bailaron en la elegante estructura de doble hélice del ADN, que proporciona los códigos para la vida en nuestro planeta. Pero, ¿fueron estos cuatro jugadores realmente fundamentales para la apariencia de la vida, o podrían otros también haber dado lugar a nuestro código genético?
Un nuevo estudio, publicado hoy (20 de febrero) en la revista Science, respalda la última propuesta: los científicos han moldeado recientemente un nuevo tipo de ADN en su elegante estructura de doble hélice y descubrieron que tenía propiedades que podrían soportar la vida.
Pero si el ADN natural es una historia corta, este ADN sintético es una novela de Tolstoi.
Los investigadores elaboraron el ADN sintético utilizando cuatro moléculas adicionales, de modo que el producto resultante tenía un código compuesto por ocho letras en lugar de cuatro. Con el aumento de las letras, este ADN tenía una capacidad mucho mayor para almacenar información. Los científicos llamaron al nuevo ADN "hachimoji", que significa "ocho letras" en japonés, ampliando el trabajo anterior de diferentes grupos que habían creado ADN similar usando seis letras.
Escribiendo el código
El ADN natural está compuesto por cuatro moléculas, llamadas bases nitrogenadas, que se unen entre sí para formar el código para la vida en la Tierra: A se une con T; G se une con C. El ADN de Hachimoji incluye estas cuatro bases naturales, más otras cuatro bases de nucleótidos sintéticamente: P, B, Z y S.
El grupo de investigación, que incluyó varios equipos diferentes en todo Estados Unidos, creó cientos de estas dobles hélices Hachimoji con diferentes combinaciones de los pares de bases de nucleótidos naturales y sintéticos. Luego, realizaron una serie de experimentos para ver si las diversas hélices dobles tenían propiedades necesarias para mantener la vida.
El ADN natural tiene una propiedad distintiva que ninguna otra molécula genética parece tener: es estable y predecible. Eso significa que los investigadores pueden calcular exactamente cómo se comportará en ciertas temperaturas y entornos, incluso cuándo se degradará.
Pero resulta que los investigadores también fueron capaces de hacer esto con el ADN de Hachimoji: pudieron establecer un conjunto de reglas que pueden predecir la estabilidad del ADN cuando está expuesto a diferentes temperaturas.
Requisitos para la vida
El hallazgo de que es posible agregar las cuatro bases sintéticas y aún obtener un "código que es predecible y programable ... eso no tiene precedentes", dijo Floyd Romesberg, profesor de química en Scripps Research en California, quien no formó parte del estudio pero que investigación publicada anteriormente sobre un código anterior de seis letras. Este "documento histórico" sugiere que G, C, A y T "no son únicos", dijo Romesberg a Live Science.
Autor principal Steven Benner,un miembro distinguido de la Fundación para la Evolución Molecular Aplicada en Florida, estuvo de acuerdo. Si en algún otro lugar del universo, la vida también está codificada en ADN, no será "exactamente como lo que tenemos aquí en la Tierra", dijo Benner a Live Science. "Es muy útil tener este tipo de experimentos en el laboratorio para comprender qué estructuras alternativas".
Pero crear ADN que almacena información no es suficiente, señaló Benner. También tiene que tener la capacidad de transferir esa información a su molécula hermana de ARN, de modo que ese ARN pueda instruir a las proteínas para llevar a cabo todos los negocios en un organismo.
Con eso en mente, los investigadores desarrollaron enzimas sintéticas, proteínas que facilitan una reacción, que copiaron con éxito el ADN de Hachimoji en el ARN de Hachimoji. Además, descubrieron que la molécula de ARN podía plegarse en una especie de forma de L que sería necesaria para transferir más información.
Además, las cadenas de ADN deben poder retorcerse en la misma estructura tridimensional: la famosa doble hélice.
El equipo creó tres estructuras cristalinas de ADN Hachimoji, cada una con diferentes secuencias de los ocho pares de bases, y descubrió que, de hecho, cada una formaba la clásica doble hélice.
Aún así, para que el ADN Hachimoji sostenga la vida, hay un quinto requisito, dijo Benner. Es decir, debe ser autosuficiente o tener la capacidad de sobrevivir por sí solo. Sin embargo, los investigadores no llegaron a investigar este paso, para evitar que la molécula se convierta en un peligro biológico que algún día podría llegar a los genomas de los organismos en la Tierra.
Un vocabulario expansivo
Además de vislumbrar alternativas para la vida en el cosmos, esta cadena de ADN de ocho letras también tiene aplicaciones aquí en nuestro planeta. Un alfabeto genético de ocho letras almacenará más información y se unirá a ciertos objetivos más específicamente, dijo Benner. Por ejemplo, el ADN de Hachimoji podría usarse para unirse a las células cancerosas del hígado o las toxinas del ántrax, o para acelerar las reacciones químicas.
"Al aumentar el número de letras de seis a ocho, la diversidad de secuencias de ADN aumenta considerablemente", dijo Ichiro Hirao, biólogo molecular sintético del Instituto de Bioingeniería y Nanotecnología, A * STAR en Singapur, que tampoco formó parte del estudio. , dijo en un correo electrónico. (Sin embargo, el equipo de Hirao también participó en investigaciones anteriores que crearon cadenas de ADN de seis letras)
Por supuesto, "esta es solo una primera demostración" de una doble hélice de ADN de ocho letras, y para uso práctico, necesitamos mejorar la precisión y eficiencia de la replicación y transcripción en ARN, dijo Hirao en un correo electrónico. Se imagina que eventualmente podrían acumularse incluso con más letras.
