Hacia las tecnolog¨ªas de la informaci¨®n¡­ gen¨¦tica

El origen de la vida es a la biolog¨ªa lo que el origen del universo a la f¨ªsica, dos temas que no nos dejan indiferentes, no importa nuestra dedicaci¨®n. La creencia educada es que la complejidad biol¨®gica tuvo como origen com¨²n a la mol¨¦cula de ARN. Cuando la complejidad pervive es porque existe una informaci¨®n asociada que le confiere reproducibilidad; como un libro de instrucciones para construir un mueble a partir de tablas y tornillos, como una receta culinaria que pasa de padres a hijos en una hoja de libreta. Es as¨ª con la tecnolog¨ªa humana, la m¨²sica o el propio texto que est¨¢s leyendo, hoy almacenado en ceros y unos, como s¨ªmbolos del alfabeto binario inform¨¢tico, y transmitidos a cualquier parte del mundo. Es as¨ª con la informaci¨®n en nuestros genes, hoy almacenados en largas listas combinando cuatro s¨ªmbolos que conforman el alfabeto gen¨¦tico, com¨²n a todo organismo que llamamos vivo. (Y vivo¡­ en nuestro planeta al menos). El ARN fue as¨ª el primer disco duro de informaci¨®n gen¨¦tica.

Pero no fue el ¨²nico. De hecho no fue el que se impuso en los organismos superiores como nosotros, que guardamos nuestras instrucciones en largas cadenas de ADN, una sucesi¨®n de muchas hojas de libreta que pasamos a nuestra descendencia con muy pocos cambios. S¨®lo algunos virus almacenan informaci¨®n en forma de ARN. ?Por qu¨¦ usamos ADN para almacenar informaci¨®n y no ARN, si este ¨²ltimo es igual de capaz? Las tecnolog¨ªas sufren fluctuaciones, cambios aleatorios que pueden afectar a su presentaci¨®n final, como ocurri¨® con la cinta VHS frente a la Beta o al Video 2000. El progreso no siempre responde a lo m¨¢s conveniente o eficiente, sino simplemente, en muchas ocasiones, a cuestiones aleatorias, incontrolables. Pero por momentos, los saltos cualitativos pueden imponerse con la suficiente fuerza como para desterrar la tecnolog¨ªa previa, como es el caso de la aparici¨®n del DVD.

En nuestro grupo de investigaci¨®n de IMDEA Nanociencia, y en colaboraci¨®n con el Centro Nacional de Biotecnolog¨ªa (CSIC), hemos urdido en esta cuesti¨®n preparando soportes gen¨¦ticos de ADN y de ARN y provey¨¦ndoles del mismo c¨®digo fuente, una secuencia prueba sacada de un virus llamado lambda que infecta a bacterias. Hemos comparado mol¨¦culas de doble h¨¦lice de ADN y ARN con esta misma secuencia para ver la flexibilidad de dichos soportes materiales. Las preguntas ¨²ltimas que han despertado nuestra curiosidad son qu¨¦ mol¨¦culas son m¨¢s estables mec¨¢nicamente y cu¨¢les pueden dar lugar a procesos m¨¢s eficientes de compactaci¨®n de datos o a su procesamiento por nanom¨¢quinas implicadas en la replicaci¨®n y transcripci¨®n (polimerasas y helicasas, entre otras), aut¨¦nticos robots de lectura y copia de la informaci¨®n que residen en nuestras c¨¦lulas. Dichos experimentos se han realizado con la t¨¦cnica de pinzas ¨®pticas, pinzas l¨¢ser que operan en la nanoescala y que permiten manipular estas mol¨¦culas por sus extremos, una por una, estir¨¢ndolas como muelles. Tambi¨¦n, mediante el uso de una punta de dimensiones at¨®micas hemos logrado seguir sus contornos. Esta metodolog¨ªa, conocida como microscop¨ªa at¨®mica de fuerzas, opera como la punta de un tocadiscos sobre un vinilo: permite detectar rugosidades sobre una superficie. En nuestro caso, dichas rugosidades eran las mol¨¦culas de ADN y ARN depositadas sobre una superficie plana de mica. De esta manera conseguimos ver sus diferentes longitudes y grosores, como si estuvi¨¦ramos comparando los tama?os de las cintas VHS y Beta.

El trabajo, publicado recientemente en el Journal of the American Chemical Society, demuestra que la doble h¨¦lice de ADN es m¨¢s r¨ªgida al estiramiento y m¨¢s flexible a la torsi¨®n que la de ARN. Podr¨ªamos decir que un adecuado balance entre estabilidad mec¨¢nica de la estructura de doble h¨¦lice y flexibilidad frente a torsi¨®n hace posible que el ADN sea un soporte m¨¢s seguro y, probablemente, reconocible por las prote¨ªnas, por un lado, y m¨¢s maleable, por otro. Lo ¨²ltimo podr¨ªa conferirle ventajas frente al ARN en los procesos de compactaci¨®n (en forma de cromosomas o en el interior de c¨¢psidas v¨ªricas) y podr¨ªa implicar que el procesamiento de la informaci¨®n por m¨¢quinas nanosc¨®picas tuviera un menor coste energ¨¦tico.

Richard Feynman, f¨ªsico te¨®rico del siglo XX, se rindi¨® a las tecnolog¨ªas de la informaci¨®n de la vida. Se rindi¨® a hechos muy conocidos por los bi¨®logos pero extraordinarios desde el punto de vista de la ingenier¨ªa; por ejemplo, ?c¨®mo puede ser que en diminutas c¨¦lulas quepa toda la informaci¨®n relativa a una criatura compleja como nosotros? Los f¨ªsicos hemos parafraseado en nuestro subconsciente a Feyman. Pero es ahora, gracias a las t¨¦cnicas de manipulaci¨®n en la nanoescala, cuando podemos responder a estas preguntas con el peso del m¨¦todo cient¨ªfico. Y es ahora cuando se nos est¨¢n abriendo las puertas, inspirados por la biolog¨ªa molecular, al dise?o de dispositivos de almacenamiento y reconocimiento de informaci¨®n en tama?os tan peque?os.

J. Ricardo Arias Gonz¨¢lez y El¨ªas Herrero Gal¨¢n son Investigadores de IMDEA Nanociencia y Centro Nacional de Biotecnolog¨ªa (CSIC).