El caso de los virus con ADN «extraterrestre»



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El lenguaje de la vida está escrito con un código de cuatro letras: A, G, C y T. Son las abreviaturas de adenina, guanina, citosina y timina, las bases nitrogenadas que se encuentran en la mayoría de los genomas. En la doble hélice de ADN, las bases están emparejadas, G con C y A con T.

El ADN almacena información, que posteriormente se transcribe en ARN mensajero y este se traduce en proteínas. Este patrón de flujo de información genética fue llamado por Crick como
«Dogma central de la biología molecular».

Como reconoció el propio Crick, usar el término «dogma» no era una buena idea. Un dogma es una idea que no se puede cuestionar. Pero en biología parece que siempre se puede encontrar una excepción a las reglas generales: desde mamíferos que ponen huevos hasta células eucariotas sin mitocondrias.

En el caso del «dogma central de la biología molecular», las excepciones se fueron describiendo gradualmente. Casi todo en microorganismos.

Uno de los principales fue la descripción del archivo. Retrovirus, cuyo genoma no es ADN sino ARN. Tienen una enzima la transcriptasa inversa, que copia ese ARN en ADN, cambiando así la dirección del flujo de información genética. Muchos virus tienen Genomas de ARN, que agregaría una nueva letra (U = uracilo) al alfabeto genético, pero siempre hay cuatro, ya que U reemplaza a T.

También se describen viroides y priones. Los primeros son moléculas de ARN simples. Los priones carecen de ácidos nucleicos y son proteínas capaces de replicarse.

Nuevas letras en el alfabeto genético

La biología sintética se centra en sintetizar nuevas biomoléculas y diseñar sistemas biológicos para proporcionarles nuevas funciones que no se encuentran en la naturaleza. Uno de los campos de investigación es la expansión del código genético, con el fin de obtener proteínas con características innovadoras.

La incorporación de nuevas bases al ADN no es una tarea fácil. La estructura de la doble hélice no debe alterarse y las enzimas que realizan diversas tareas deben reconocer las nuevas moléculas, para que el flujo de información, de genes a proteínas, continúe funcionando.

Un equipo de investigadores ha logrado crear un ADN que utiliza ocho bases diferentes, en lugar de cuatro. Inicialmente, no se pudo considerar un nuevo alfabeto genético, ya que no se tradujo en nuevos aminoácidos. Pero se transcribe en ARN que es capaz de reconocer y «adherirse» a las células cancerosas, lo que podría aplicarse a nuevas técnicas de diagnóstico.

En 1977, los científicos rusos describieron una bacteriófago (virus que infecta bacterias) que, en lugar de adenina, en todos los casos tenía 2-aminoadenina (abreviado como Z). Ahora, a diferencia del ADN sintético, todavía hay cuatro bases. La naturaleza parece haberse anticipado a las ideas de los investigadores, creando virus con un «alfabeto» genético alternativo.

En ese ADN, Z está unido a T por 3 enlaces de hidrógeno, en lugar de los dos que forman la unión entre T y A. El ADN resultante es más estable frente al calor y otros factores ambientales.

La Z, 2-aminoadenina, es un compuesto natural de los escombros meteóricos. Nunca se había descrito como parte de un organismo. Por esta razón, comenzaron a llamar a este ADN «ADN extraterrestre».

Varios grupos de investigadores comenzaron a analizar las bases de datos en busca de otros fagos que pudieran tener las mismas características y encontraron varios casos.

Durante décadas nadie había podido entender cómo sucedió y qué tan importante podía ser.

¿Cómo se sintetiza ese ADN diferente si Z no existe en las bacterias?

Tres trabajos publicados (
Esto
,
Esto
Y
Esto
) en 2021 en la revista «Science» y en
«Comunicaciones sobre la naturaleza»
explica este proceso.

Podemos leer uno muy bueno
Artículo
de la doctora Gemma Marfany y ver el
video explicativo
a cargo del Dr. Lluis Montoliu, quien resume los aspectos más importantes relacionados con este tema.

Estos fagos codifican enzimas en su genoma que eliminan la adenina del ADN y la reemplazan con Z. También codifican enzimas que pueden sintetizar Z a partir de precursores existentes en bacterias.

Como indica el Dr. Zhao, investigador principal de uno de los grupos que trabajan en este tema, aún no está del todo claro cómo se produce la síntesis de ADN con esta nueva base en bacterias, ni cómo interactúan todas las enzimas involucradas en la replicación. Y transcripción de ADN, con esta nueva molécula.

Ventajas de los virus que utilizan Z

Los fagos son virus que infectan a las bacterias. Las bacterias tienen mecanismos que les permiten combatir estas infecciones, ya que pueden reconocer el ADN del fago y degradarlo.

Pero las defensas de las bacterias son incapaces de reconocer este nuevo ADN, por lo que el fago puede escapar de él. Esto también podría ser una ventaja en los tratamientos de terapia con fagos, ya que las bacterias que causan la infección no pueden destruir el fago utilizado como tratamiento.

Al ser un ADN más estable, permite la persistencia del virus en condiciones adversas, ampliando la gama de huéspedes que puede colonizar.

Aplicaciones de este nuevo ADN

Actualmente se están estudiando numerosas aplicaciones de la biología sintética para las que este nuevo ADN sería de gran utilidad dada su mayor estabilidad.

Por ejemplo, ayudaría a mejorar el almacenamiento de datos en el ADN. También sería aplicable a las técnicas que utilizan
Origami de ADN
para la administración dirigida de medicamentos.

Por ahora, no se ha descubierto ningún organismo celular que tenga Z en su ADN, pero están trabajando en esta posibilidad, tratando de incorporarlo a E. coli y mantener la célula funcional.

¿Cuáles son las implicaciones?

El descubrimiento de estos virus con un código genético diferente no solo tiene aplicaciones desde el punto de vista de la biología sintética. También plantea muchas preguntas sobre el origen de la vida en la Tierra y la posibilidad de vida en otros planetas.

Si los fagos que contienen Z en su ADN son cuestionables son nuevas formas de vida, ya que incluso se debate si los virus son seres vivos o no. Pero está claro que esta nueva codificación genética, que permite la síntesis de proteínas funcionales, afectará al busca vida en otros planetas. No solo se buscará este nuevo compuesto, sino que también, dado que este nuevo ADN tolera condiciones ambientales más extremas que las convencionales, se amplían las opciones de búsqueda.

María Teresa Tejedor Junco. Catedrático de Microbiología, Universidad de Las Palmas de Gran Canaria.

Este artículo fue publicado originalmente en
‘La conversación’
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