Aumento en el alfabeto del ADN

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El ácido desoxiribonucleico, abreviado com ADN o DNA en inglés, es una biomolécula que codifica las instrucciones genéticas usadas en el desarrollo y funcionamiento de todos los organismos vivos conocidos y algunos virus. Estructura química del ADN

Desde el punto de vista químico, ADN es un polímero de nucleótidos (polinucleótido) que, a su vez, está compuesto por un monosacárido de cinco carbonos (pentosa): desoxirribosa; una base nitrogenada (A→adenosina, T→timina, C→citosina, G→guanina) y un grupo fosfato (ver dibujo). El nucleósido es la parte del nucleótido formada únicamente por la base nitrogenada y la pentosa. Estructuralmente, el ADN es una doble cadena de nucleótidos cuyas hebras están unidas por enlaces de hidrógeno entre bases nitrogenadas.

El nucleósido es la parte del nucleótido formada únicamente por la base nitrogenada y la pentosa.

La base nitrogenada es, entonces, lo que distingue un nucleótico del otro por eso la secuencia de ADN se especifica nombrando sólo la secuencia de sus bases. Quimícamente, estas bases son compuestos heterocíclicos y aromáticos con dos o más átomos de nitrógeno. Mayoritariamente, las bases nitrogenadas del ADN las podemos clasificar en bases púricas o purinas (adenina y guanina) y bases pirimídicas o pirimidinas (citosina y timina).

Adenina (A) o 6- aminopurina

Es un derivado de la purina con un grupo amino en la posición 6. En el ADN se empareja con la timina de la cadena complementaria mediante dos enlaces de hidrógeno.

Timina (T) o 2,4-dioxo,5-metilpirimidina

Es un derivado de la pirimidina con un grupo oxo en las posiciones 2 y 4 y un grupo metil en la posición 5. En el ADN siempre se empareja con la adenina de la cadena complementaria mediante dos enlaces de hidrógenos.

Guanina (G) o 6-oxo,2-aminopurina

Es un derivado de la púrina con un grupo oxo en la posición 6 y un grupo amino en la posición 2.  La guanina siempre se empareja en el ADN con la citosina de la cadena complementaria mediante tres enlaces de hidrógeno.

Citosina (C) o 2-oxo,4-aminopirimidina

Es ub derivado de la pirimidina con un grupo oxo en la posición 2 y un grupo amino en la 4. Siempre se empareja en el ADN con la guanina de la cadena complementaria mediante un tres enlaces de hidrógeno.

Pero recientemente, investigadores de  Scripps Research Institute, La Jolla, California han anunciado que este alfabeto (A,T,G,C) se ha ampliad0 añadiendo base nitrogenadas no naturales que se emparejan entre sí llamadas d5SICS (Y) y dNaAM (X).

Estas nuevas bases se pudieron amplificar en PCR y transcribir in vitro. Sin embargo esta expasión del alfabeto genético presenta nuevos retos:

  • Los nuevos nucleósidos trifosfatos deben estar disponibles dentro de la células.
  • Las polimerasas endógenas, enzimas que intervienen en el proceso de replicación de ADN,  deben ser capaces de utilizar estos trifosfatos no naturales para replicar fielmente de ADN que contiene pares de bases no naturales (Y≡X).
  • Los pares de bases no naturales deben ser estables en presencia de las vias que mantienen la integridad de ADN.

En el artículo publicado en la revista Natura este grupo de investigadores, liderado por Folyd Romesberg, también ha demostrado que puede se replicado en Escherichia coli  (E. Coli) gracias a la ingenería genética que hizo que la E. Coli expresase un gen de una algo unicelular (diatomea) que codifica para una proteína que permite las moléculas pasen a través de la membrana de la bacteria. Con la proteína de la alga diatomea y una dieta de estos nucleótidos no naturales, la E. Coli podia replicar el plásmido (un bucle corto de ADN) con un solo par de bases no naturales que se habían insertado.

Este “aumento en el alfabeto del ADN” permite aumentar la cantidad de aminoácidos que se puede sintetizar, de 20 a 172 aminoácidos. Entre los usos potenciales de esta tecnología se incluyen la incorporación de un aminoácido en una proteína tóxica para asegurarse de que mata solamente las células cancerosas, y el desarrollo de los aminoácidos brillantes que podrían ayudar a los científicos a rastrear las reacciones biológicas en el microscopio. Es un paso hacia la síntesis de células capaces de producir las drogas y otras moléculas útiles. El equipo de Romesberg ha fundado una compañía llamada Synthorx en San Diego, California, para la comercialización de la obra.

En el artículo de la revista Nature titulado “First life with ‘alien’ DNA” hay un podcast donde el propio Floyd Romesberg explica su trabajo. Os dejo aquí el enlace por si os interesa escucharlo.

Fuentes:

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