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X marca el lugar para el ADN Jumbo
La acción candente en muchas áreas de la tecnología gira en torno a cómo hacer las cosas cada vez más pequeñas. En contra de esta tendencia, los científicos de la Universidad de Stanford han sintetizado una hebra de ADN artificial con moléculas aproximadamente un 15 por ciento más grandes que la variedad natural. Este llamado xDNA tiene propiedades que carecen del diminuto ADN que la naturaleza cocina. Es más estable, por ejemplo. También brilla bajo luz ultravioleta. Estos rasgos sugieren que el xDNA podría ser útil en procedimientos de diagnóstico genético y, potencialmente, en formas de vida artificiales. Nuestro mayor interés es si podemos diseñar nuestro propio sistema genético, dice el profesor de química Eric Kool, quien dirigió el equipo de investigación de Stanford. Creo que vamos por buen camino.
Lo que hace que el xDNA sea diferente del ADN normal es su estructura. Normalmente, el ADN es una cadena de nucleótidos, cada uno de los cuales comprende un azúcar, un fosfato y una base: adenina, timina, guanina o citosina (representada en las descripciones del ADN como A, T, G y C). Cuando las cadenas de ADN se unen entre sí, las bases coinciden de una manera particular: la adenina siempre se une a la timina y la guanina a la citosina.
Hace unos treinta años, Nelson Leonard, entonces químico de la Universidad de Illinois y ahora en el Instituto de Tecnología de California, encontró una manera de estirar la adenina para que emitiera fluorescencia cuando se exponía a la luz ultravioleta. Lo que Leonard no pudo hacer fue unir el azúcar y el fosfato a la base, formando un nucleótido completo; En ese momento, los científicos no sabían cómo fabricar ADN, aunque ahora el proceso de creación de hebras artificiales se usa comúnmente en el diagnóstico médico genético.
Lo que buscaba Kool era una forma de hacer una doble hélice de ADN. Primero sintetizó dos bases expandidas: adenina y timina (xA y xT). Luego hizo nucleótidos a partir de las bases xA y xT con los azúcares y fosfatos apropiados. Al emparejar un xA con un T normal y un xT con un A normal, Kool pudo ensamblarlos en una doble hélice lo suficientemente ancha para contener las bases estiradas.
Construir los nucleótidos tomó cuatro años de trabajo. Kool comenzó diseñando la estructura de las bases estiradas, luego pasó a la síntesis, que requirió encontrar formas apropiadas de azúcares y fosfatos. Hicimos reacción química tras reacción química tras reacción química, dice Kool. La purificación de los resultados puede llevar días o incluso semanas. Y debido a que esa síntesis no se había hecho antes, había muchos callejones sin salida.
Una vez que los investigadores sintetizaron nucleótidos estables de gran tamaño, utilizaron equipos disponibles comercialmente para unirlos en secuencias de ADN. El ADN natural necesita aproximadamente 10,5 pasos de nucleótidos emparejados para hacer una rotación completa en la doble hélice. Las bases agrandadas aumentan el diámetro de la hélice, que como resultado necesita más pasos de este tipo. Al ser más grande, la estructura molecular ofrece una mayor estabilidad; mientras que el ADN natural en el laboratorio de Kool se desmoronó a 21 ° C, el xDNA permaneció intacto hasta 56 ° C. La investigación de Kool muestra que la estructura de doble hélice del ADN [natural] no tiene por qué ser la única, dice Danith Ly, profesora asistente de química en la Universidad Carnegie Mellon y experta en el desarrollo de herramientas químicas para estudiar genómica y proteómica.
La búsqueda final de Kool de un sistema genético hecho a medida es una tarea difícil, y no apresurada, dice Ly: para que una función biológica exista independientemente de cualquier cosa, necesita proteínas, lípidos, enzimas, todo tipo de cosas. Para nosotros, hacerlo en los próximos cien años podría ser posible, pero sería difícil. Y antes de eso, Kool debe crear versiones ampliadas de las bases G y C, que probablemente serán comparables en dificultad a su trabajo en xA y xT.
Dejando a un lado los escenarios de ciencia ficción de genes de diseño, Kool cree que el xDNA tiene implicaciones prácticas en el diagnóstico, particularmente en la mejora de los procedimientos médicos existentes que detectan condiciones de salud basadas en la estructura del ADN de una persona. Los médicos que buscan ADN o ARN en particular en una persona toman una muestra de tejido e introducen una hebra de ADN artificial que se unirá a ese material. Las técnicas que eliminan todo, excepto los pares unidos que contienen el ADN artificial, permiten a los laboratorios buscar fácilmente lo que queda. Si no se une correctamente, sabrá que es una mutación o que el ADN [buscado] no está allí, dice Paul Billings, vicepresidente y director nacional de genética y genómica de Laboratory Corporation of America, una empresa de pruebas de diagnóstico en Burlington, Carolina del Norte.
Debido a que el xDNA se une con más fuerza que el ADN normal, sería más resistente en este proceso de prueba. Además, su fluorescencia natural podría actuar como baliza, facilitando la detección. Sin embargo, incluso después de que la técnica fuera más que una curiosidad de laboratorio, su utilidad diagnóstica tendría que demostrarse en el campo. En primer lugar, tienes que demostrar que entra en las células y se comporta de otras formas como otro ADN, dice Billings. En segundo lugar, debe demostrar que es mejor que otros métodos. Hay métodos bien establecidos que funcionan ahora, y aún no hay evidencia de que las propiedades de unión y fluorescentes del xDNA sean una mejora clara.
Además, es probable que sea necesario ajustar las características fluorescentes del xDNA, dice Ly. Según el artículo del equipo de Kool, la molécula se encendió cuando fue iluminada por luz ultravioleta con una longitud de onda de unos 390 nanómetros. Los tejidos no se absorben muy bien en estas longitudes de onda, señala Ly, lo que sugiere que para el uso de diagnóstico, la base tendría que ajustarse para responder a la luz que estuviera más cerca del extremo rojo del espectro. Pero, según Kool, esto no plantearía necesariamente un problema significativo en los exámenes de cortes de tejido suficientemente delgados. De hecho, los nucleótidos de xDNA pueden incluso cambiar su color o intensidad fluorescente cuando se unen al ADN o ARN natural, un fenómeno que agregaría más herramientas posibles al kit de diagnóstico. Llámalo una gran luz para los trabajadores médicos.