NeoFronteras

Hacia un código genético sintético

Área: Biología — Domingo, 11 de Mayo de 2014

Consiguen la replicación in vivo de ADN expandido con dos bases nitrogenadas extras.

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Esquema en donde se representa el código natural y las posibilidades del nuevo de 6 letras. Fuente: Synthorx.

Por estas páginas ya vimos los intentos de crear ADN sintético que usara bases nitrogenadas distintas además de las ya conocidas. Hubo algún que otro éxito al respecto, pero no pasaban de ser experimentos de tubo de ensayo en el que no había implicado ningún ser vivo.
Ahora se ha dado un paso más allá al incorporar nuevas bases de ADN funcionales en microorganismos vivos, algo que se ha dado por primera vez en los 3500 millones de años de evolución biológica en la Tierra.
El código genético es universal e independiente del individuo o especie considerada. Para cualquier especie de ser vivo este código se encarga de traducir la información genética a proteínas de manera específica.
Un gen es un “frase” con significado genético que determina una proteína. Sus palabras están formadas por grupos de tres letras (tres bases del ADN) y a cada uno de estos tripletes le corresponde una aminoácido en concreto. Una secuencia de aminoácidos forma una proteína. El código genético se encarga de decir qué aminoácido corresponde a cada uno de estos tripletes. Esto ha constituido un dogma de la Biología durante 4 décadas, hasta que se ha descubierto alguna pequeña excepción. Pero básicamente es eso.
Recordemos cómo se lee la información genética. Esta está almacenada en el ADN en forma de las bases A, C, G y T (adenina, citosina, guanina y timina). La información es leída por moléculas de ARN (este utiliza el uracilo ‘U’ en lugar de timina ‘T’ además de las otras tres bases) que viaja hasta los ribosomas con esos datos para que allí se construyan las proteínas. Es en los ribosomas donde se produce la traducción. Así por ejemplo el codón AAG será traducido por el aminoácido lisina (Lys) o el codón AGA por arginina (Arg).
Como hay más combinaciones de tres bases escogidas de entre cuatro posibles (en total 64 codones) que aminoácidos usados en los sistemas biológicos (22 en total) hay combinaciones diferentes que producen el mismo aminoácido, pero dada una combinación en concreto le corresponde uno y solo un aminoácido. Además hay codones que determinan el comienzo y el final de los genes.
En este caso los científicos del Scripps Research Institute han modificado bacterias para incorporar dos nuevas bases a las cuatro conocidas. La bacteria replica ese nuevo ADN no natural de manera normal siempre que haya un suministro de las moléculas adecuadas. Esto nos dice que se puede almacenar más información de lo que creíamos en ADN expandido, lo que tiene excitantes consecuencias, tanto en investigación básica como en el desarrollo de nuevas terapias médicas.
Con uno de estos sistemas se podrían codificar más aminoácidos que los 20 habituales, creando proteínas nunca vistas antes en la Naturaleza. Los nuevos seres que usaran un sistema de ADN expandido de este tipo serían completamente nuevos en la Naturaleza. No sólo sería vida sintética, sino vida “no natural” que nunca antes ha existido sobre la Tierra.
El resultado es uno de los logros en más de 15 años de trabajo del profesor Floyd E. Romesberg y su equipo. No ha sido fácil. Si se desea crear un nuevo par de bases para el ADN estas deben de unirse y desunirse entre sí (pero no con las demás) de manera suave como hacen las demás bajo la acción de las enzimas polimerasas. Además, deben de funcionar bien durante la trascripción y ser susceptibles de ser reparadas bajo los sistemas celulares habituales de reparación de ADN, pero no alteradas bajo esos sistemas que precisamente están pensados para evitar errores (mutaciones).
Ya en 2008 este mismo equipo consiguió que en el tubo de ensayo que ADN con dos nuevas bases (d5SICS y dNaM) se replicara y trascribiera a ARN en presencia de las oportunas enzimas. Estas bases fueron seleccionadas entre 60 candidatos procedentes de 3600 combinaciones distintas.
Ahora han logrado dar un paso más allá. Sintetizaron un plásmido de ADN expandido con las bases d5SICS y dNaM y lo insertaron en células de E. coli. Para que la bacteria pudiera replicar este ADN se necesitaba un aporte exterior de las nuevas bases (que no existen en la naturaleza). Esto garantizaba la imposibilidad de una liberación incontrolada de bacterias modificadas al medio natural y se conseguía gracias a una disolución que contenía un transportador molecular especial procedente de una microalga.
Observaron que la replicación in vivo se daba de manera normal a una velocidad similar a la habitual. Tampoco se presentaban señales de que se perdieran las bases no naturales con el tiempo. Si se retiraba el trasportado molecular entonces se deja de aportar las bases artificiales a la célula y esta retorna a un sistema de A, T, G, y C puro en el que las bases d5SICS y dNaM desaparecían del genoma.
El siguiente paso será conseguir las trascripción con este ADN expandido en la célula de tal modo que el ARN lea la nueva información. Esto permitirá la síntesis de nuevas proteínas con aminoácidos que no existen en la naturaleza. Además de las aplicaciones médicas, los investigadores implicados especulan con la síntesis de nuevos nanomateriales usando este tipo de técnica. Así por ejemplo, se podrían crear proteínas con aminoácidos tóxicos que mataran solamente las células cancerosas.
Tampoco parece que haya límites en el número de las nuevas bases que se puedan añadir al ADN expandido, por lo que las posibilidades de codificación de elevan todavía más. De las 43 posibilidades en caso natural se pasa a 63 es este caso o a 83 en uno con 4 bases nuevas además de la naturales.
Por seguridad en este caso se ha elegido un aporte externo de las nuevas bases, pero otros grupos de investigadores trabajan en otros modelos en los que la célula sintetice desde cero las nuevas bases.
Durante miles de millones de años sólo se han usado las bases A, T, G, y C en todos los organismos terrestres. Ahora este alfabeto se ha expandido y podremos crear nuevas formas de vida nunca vistas antes. La creación de nuevos organismos basados en este nuevo código es un desafío enorme, pero es posible. Quizás, después de la extinción de la raza humana, sólo queden organismos sintéticos en la Tierra que atestigüen que una vez estuvimos aquí y que jugamos a ser dioses.

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Fuentes y referencias:
Artículo original.

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6 Comentarios

  1. thetimethespaceandandtheman::

    Nuevas bases, en todo el mecanismo del ADN-ARN-Genes-Proteinas,,,,,

    Y funcionando.

    Increíble.

    Hemos añadido letras al alfabeto de la vida.

    ‘Y el verbo se hizo carne’, es una frase que siempre me llamó la atención.

    Da en el clavo.

    Hemos ampliado el alfabeto con el que se construye la gramática con la que se hacen los verbos.

    En apenas 70 años.

    Cierto, por primera vez desde que surgió en este planeta la vida.

    La vieja y planetaria c.p.u. que durante miles de millones de años ha funcionado, admite otra instrucción nueva.

    ¿Que programas realizará?.

    Esto es muy importante.

  2. Miguel Ángel:

    Jugamos a ser dioses…es un asunto que se trata en clave de humor en un episodio de la serie Futurama:

    El profesor Farnsworth crea y desarrolla una nueva generación de robots que evolucionan en muy poco tiempo y en sólo un par de días tienen ya un alto desarrollo científico. Cuando el profesor Farnsworth les comenta que han sido creados por él hace tan sólo unos días, los propios robots le rebaten diciendo que “eso es creacionismo”… y Farnsworth responde “¡pero yo os he creado!”. La cosa acaba llegando a los tribunales, en un juicio tipo Scoopes.

    Es largo, así que os recomiendo pinchar en el minuto 15:50

    http://xdvideos.blogspot.com.es/2012/12/futurama06x09-origen-mecanico.html

  3. r:

    Recuerdo ese episodio de Futurama, muy bueno. A la reflexión que aparece en el último párrafo del artículo le agregaría las sabias palabras de otro gran divulgador de la ciencia:

    “Desde luego no creo que estemos jugando a ser dioses, estamos jugando a ser seres humanos cada vez más racionales y utilizando la propiedad más humana que tenemos que es la razón y la inteligencia” (J. Laborda).

    La verdad es que este nuevo logro de “un código genético sintético” no es para nada poca cosa y habla muy bien de nuestra especie.

  4. JUan:

    en vez de “a 83 en uno con 4 bases” no seria “a 84 en uno con 4 bases”

    saludos

  5. NeoFronteras:

    Para un sistema de 8 bases se tienen 8 elevado a 3 que es igual a 8×8×8=512 posibilidades. Si es de 4 sólo son 64.

  6. tomás:

    Querido Neo: Tus explicaciones van tan comprimidas porque debes suponer que estamos a tu nivel. Yo confieso no estarlo y por ello me permito suponer que si JUan hizo su comentario, con lo que le dices puede no haberlo entendido, pues le afirmas lo que es; no le explicas por qué es,
    Así que me tomo la libertad de explicarlo pormenorizado: son variaciones con repetición de cuatro bases tomadas de tres en tres. Esto es Vr(4,3) = 4^3 = 64. Pondré un ejemplo, más corto. Sean Vr(3,2) que corresponderían a las bases a = adenina, c = citosina y g = guanina, tomadas de dos en dos: aa, ac, ag; ca, cc, cg; ga, gc, gg. Como se ve son el resultado de 3^2 = 9, es decir, siempre el número de bases total elevado al número de bases que varían. Así, del párrafo escogido son, en la naturaleza, como se ha dicho Vr(4,3) = 4^3 = 64; de lo conseguido en el laboratorio: Vr(6,3) = 216; de otra imaginaria de 8 bases, como el codón siempre coge sólo 3: Vr(8,3) = 8^3 = 512. Incluso si las bases fuesen 3 y los codones las tomasen de 8 en 8, sería al revés: Vr(3,8) = 3^8 = 6561; el primer codón sería “11111111”, el segundo “11111112”, otro intermedio, por ejemplo “21112333”, y el último “33333333”. (Me he visto obligado a poner números porque el filtro me ha rechazado la repetición de letras, pero se entiende igual siendo 1 = a = adenina, 2 = c = citosina, 3 = g = guanina, por ejemplo.
    Bueno, pues eso. Abrazos a Neo y JUan y si he sido redundante por exceso, mil perdones.

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