Científicos del Instituto de Investigación Scripps (TSRI), en La Jolla, California, Estados Unidos, han diseñado una bacteria cuyo material genético incluye un par adicional de bases de ADN que no se encuentra en la naturaleza. Las células de esta bacteria única pueden replicar las bases no naturales de ADN de forma más o menos normal durante el tiempo que se suministran los bloques moleculares.
'La vida en la Tierra en toda su diversidad es codificada por dos pares de bases de ADN, AT (adenina-timina) y CG (citosina-guanina), y lo que hemos creado es un organismo que contiene de manera estable los dos más un tercer par no natural de las bases', explica el director de la investigación y profesor asociado de TSRI, Floyd E. Romesberg.
'Esto demuestra que hay otras soluciones posibles para el almacenamiento de información y, por supuesto, nos acerca a una biología ampliada del ADN que tendrá muchas emocionantes aplicaciones en nuevos medicamentos con los nuevos tipos de nanotecnología', adelanta el investigador principal de este estudio, cuyos resultados publica este miércoles la edición digital de 'Nature'.
Romesberg y su laboratorio han estado trabajando desde finales de la década de 1990 para encontrar los pares de moléculas que podrían servir como bases de ADN nuevas y funcionales y, en principio, podría codificar para proteínas y organismos que nunca han existido antes.
La tarea no fue sencilla puesto que cualquier nuevo par de bases de ADN funcional tendría que unirse con una afinidad comparable a la natural de los pares de bases nucleósidos adenina-timina y citosina-guanina. Las bases nuevas también tendrían que alinearse de forma estable al lado de las bases naturales en un tramo de ADN.
En 2008, Romesberg y sus colegas identificaron grupos de moléculas de nucleósidos que se pueden conectar a través de una doble cadena de ADN casi tan perfectamente como pares de bases naturales y demostraron que el ADN que contiene estos pares de bases no naturales puede replicarse en presencia de las enzimas adecuadas. En un estudio posterior, los científicos fueron capaces de encontrar enzimas que transcriben el ADN semisintético en el ARN.
Pero este trabajo se llevó a cabo en el entorno simplificado de un tubo de ensayo. 'Estos pares de bases no naturales han funcionado muy bien in vitro, pero el gran reto ha sido conseguir que trabajen en el entorno mucho más complejo de una célula viva', describe Denis A. Malyshev, miembro del laboratorio de Romesberg.
En el presente estudio, el equipo sintetizó un tramo de ADN circular conocido como un plásmido y lo insertó en células de la bacteria común 'E. Coli'. El ADN plásmido contenía pares de bases naturales de AT y CG junto con el mejor comportamiento antinatural de pares de bases que el laboratorio de Romesberg había descubierto, dos moléculas conocidas como d5SICS y DNAM. El objetivo era conseguir que las células de 'E. Coli' replicaran este ADN semisintético lo más normalmente posible.
El mayor obstáculo es que los bloques de construcción moleculares para d5SICS y DNAM no están naturalmente en las células. Por lo tanto, para conseguir que 'E. Coli' replique el ADN que contiene estas bases no naturales, los científicos tuvieron que suministrar los bloques moleculares artificialmente incluyéndolos en una solución fluida fuera de la célula. Para obtener los bloques de construcción, conocidos como nucleósidos trifosfato, en las células, debían encontrar moléculas especiales transportadoras de trifosfato que hicieran el trabajo.
Los investigadores finalmente fueron capaces de encontrar un transportador trifosfato, hecho por una especie de microalgas, que era lo suficientemente bueno para la importación de los trifosfatos no naturales. El equipo detectó que el plásmido semisintético replicado con una velocidad y una precisión razonable no obstaculiza en gran medida el crecimiento de las células de 'E. Coli' y no mostró signos de perder sus pares de bases no naturales por los mecanismos de reparación del ADN.
'En principio, podríamos codificar nuevas proteínas hechas de nuevos aminoácidos no naturales, lo que nos daría más poder que nunca para adaptar proteínas terapéuticas y de diagnóstico y reactivos de laboratorio que tengan las funciones deseadas', augura Romesberg. 'También son posibles otras aplicaciones, tales como los nanomateriales', concluye.