Un nuevo ADN creado en el laboratorio duplica el abecedario gen¨¦tico

Toda la informaci¨®n necesaria para ensamblar y operar un ser vivo, desde sus componentes moleculares m¨¢s b¨¢sicos, est¨¢ recogida en una chuleta escrita solo con cuatro letras. El texto es el genoma completo del organismo. El abecedario son las llamadas bases nitrogenadas, unidades qu¨ªmicas emparejadas que forman cada pelda?o en la doble h¨¦lice del ADN: adenina (A) con timina (T) y citosina (C) con guanina (G).

Con esas cuatro letras, los mecanismos de la evoluci¨®n han escrito las instrucciones de organismos tan diversos como una bacteria, un roble,?un elefante?o una persona. Ahora, un equipo de cient¨ªficos dirigido desde la Fundaci¨®n para la Evoluci¨®n Molecular Aplicada, en EE UU, ha expandido el abecedario para incluir cuatro letras nuevas (Z, P, S y B). Han bautizado a la estructura resultante hachimoji, que significa ¡°ocho letras¡± en japon¨¦s, y la describen en el n¨²mero de la pasada semana la revista Science.

El trabajo est¨¢ financiado parcialmente por la NASA y ¡°es un avance conceptual muy grande¡±, asegura V¨ªctor de Lorenzo, un experto en microbiolog¨ªa y biolog¨ªa sint¨¦tica del Centro Nacional de Biotecnolog¨ªa (CNB-CSIC). De Lorenzo, ajeno al nuevo estudio, explica que con este logro se pueden explorar sistemas biol¨®gicos que no han aparecido nunca. El ADN natural tiene las cuatro letras que tiene por ¡°una serie de contingencias hist¨®ricas¡±, entonces unos cimientos bioqu¨ªmicos distintos podr¨ªan dar lugar a una vida completamente diferente. ¡°El lanzamiento de los dados podr¨ªa haber ca¨ªdo de otra forma¡±, resume.

Los cient¨ªficos crearon las nuevas bases nitrogenadas introduciendo peque?as modificaciones a las estructuras de las cuatro bases naturales. Como ocurre con A, T, C y G, las letras sint¨¦ticas tambi¨¦n se agrupan en dos parejas porque, cuando se enfrentan las bases complementarias (Z con P y S con B), forman enlaces qu¨ªmicos llamados puentes de hidr¨®geno. En una serie de experimentos, el equipo de investigaci¨®n ha demostrado que la doble h¨¦lice que forma el ADN hachimoji es estable.

Sin embargo, De Lorenzo advierte que es prematuro hablar de un nuevo c¨®digo gen¨¦tico, ya que las letras introducidas no constituyen un cifrado de otras biomol¨¦culas, como s¨ª ocurre con las cuatro bases nitrogenadas de siempre. El ADN cl¨¢sico es ¨²til para la vida y puede evolucionar por selecci¨®n natural porque se transcribe en mol¨¦culas correspondientes de ARN (cadenas sencillas de bases nitrogenadas) y estas se traducen en prote¨ªnas (cadenas de amino¨¢cidos). Generalmente, son las prote¨ªnas las biomol¨¦culas que desempe?an las funciones necesarias para la vida.

En el sistema natural, cada tres bases nitrogenadas corresponden a un amino¨¢cido, y por lo tanto forman un c¨®digo. No es as¨ª con el ADN hachimoji,?que produce ARN viable pero no tiene una traducci¨®n v¨¢lida en forma de prote¨ªnas. Te¨®ricamente, esa traducci¨®n se podr¨ªa lograr, porque el conocimiento y la t¨¦cnica necesarios se desarrollaron hace a?os.

Como solo hay 20 amino¨¢cidos pero las cuatro letras gen¨¦ticas cl¨¢sicas se pueden combinar en 64 tripletes diferentes, existen ¡°palabras¡± de ADN superfluas a las que los cient¨ªficos han logrado asignar nuevos significados, correspondientes a amino¨¢cidos sint¨¦ticos. ¡°Eso lo hicimos hace dos d¨¦cadas¡±, cuenta a Materia Steven Benner, el autor principal del trabajo. ¡°En este estudio concreto no utilizamos las nuevas letras del abecedario gen¨¦tico para crear palabras en el l¨¦xico de las prote¨ªnas¡±.

Evoluci¨®n para atrapar el c¨¢ncer

Aun as¨ª, Benner y sus compa?eros defienden que el sistema hachimoji cumple los requisitos de un sistema vivo y capaz de evolucionar, porque produce un tipo de ARN que se adhiere a otras mol¨¦culas y desempe?a algunas funciones an¨¢logas a las de las prote¨ªnas. Por ejemplo, el equipo de Benner descubri¨®, cuando solo ten¨ªa un sistema de seis letras, que algunas secuencias de ARN ricas en bases Z y P se pegan con facilidad a ciertas c¨¦lulas cancer¨ªgenas. Eso podr¨ªa servir, por ejemplo, como una herramienta de diagn¨®stico.

¡°Al incrementar el abecedario gen¨¦tico hasta ocho, hemos mejorado la capacidad de evoluci¨®n del sistema¡±, dice Benner. Las cuatro bases nuevas incluyen grupos moleculares de mayor actividad bioqu¨ªmica que las bases convencionales. ¡°El potencial para crear mol¨¦culas de ARN con funcionalidad propia es muy grande¡±, a?ade. ¡°No he dise?ado una mol¨¦cula que se adhiera a las c¨¦lulas cancer¨ªgenas; he dise?ado un sistema que puede evolucionar para adherirse a c¨¦lulas cancer¨ªgenas¡±.

Todo el estudio se ha llevado a cabo in vitro, es decir, fuera de c¨¦lulas vivas. En 2014, el equipo del bioqu¨ªmico Floyd Romesberg, en el Instituto Scripps de La Jolla, California, logr¨® introducir un ADN sint¨¦tico de seis letras en una bacteria viviente. Su mol¨¦cula era menos estable que el sistema hachimoji, por las propiedades qu¨ªmicas de sus dos bases artificiales, pero ten¨ªa una gran ventaja: se pod¨ªa replicar (copiar) como hace el ADN natural. La doble h¨¦lice de ocho letras todav¨ªa no ha superado esta prueba, y se desconoce c¨®mo cumplir¨¢ en un sistema vivo, o si se degradar¨¢ de forma natural fuera de ¨¦l.