Fabrican con material genético artificial las primeras enzimas sintéticas

En 2012, un equipo de científicos de la Universidad British Columbia de Canadá, entre los que se encontraba el investigador del Medical Research Council (MRC) del Reino Unido, Phil Holliger, consiguieron crear ‘AXN’ ; conjuntos moleculares o polímeros sintéticos similares al material genético natural (ADN y ARN).

Este ADN artificial podía almacenar y propagar información, dos de las señas de identidad de la herencia y de la vida. Además, una de sus moléculas (AHN) era capaz de adaptarse a condiciones cambiantes en el laboratorio, de manera análoga a como funciona el ADN en la evolución.

Ahora, Holliger y su equipo del MRC han dado un paso más, con la creación de las primeras enzimas del mundo formadas por material genético artificial o AXN. Es decir, que estas enzimas sintéticas están compuestas por moléculas que no existen en la naturaleza.

Enzimas artificiales que funcionan como naturales

A pesar de ello, son capaces de desencadenar reacciones químicas simples, como cortar y unir cadenas de ARN (en un tubo de ensayo), que es lo que hacen las enzimas naturales, informa el MRC en un comunicado.

Holliger y sus colaboradores han desarrollado en total cuatro tipos diferentes de catalizadores sintéticos a partir de los bloques de AXN no naturales. Estos, además de catalizar reacciones químicas, son capaces de unirse a hebras de AXN, lo que supondría uno de los primeros pasos para la creación de un sistema vivo.

Por otra parte, como las enzimasAXN son mucho más estables que las enzimas de origen natural, los científicos creen que podrían resultar particularmente útiles en el desarrollo de nuevas terapias para una amplia gama de enfermedades -como el cáncer y las infecciones virales- que explotan los procesos naturales del cuerpo para fortalecerse.

Esto se debe a que están hechas de AXN, un material químicamente muy robusto que, al no proceder de la naturaleza, resulta irreconocible para las enzimas degradantes naturales del cuerpo. Esto podría hacer de estas enzimas un interesante candidato para tratamientos de larga duración que puedan bloquear el ARN vinculado a enfermedades, explica Holliger.

Otras formas de aparición de la vida

Todas y cada una de nuestras células contiene miles de enzimas diferentes, muchas de las cuales son proteínas. Las enzimas resultan fundamentales porque catalizan o propician reacciones químicas –desde la digestión de la comida a la fabricación de ADN en el interior celular- que no serían posibles sin ellas.

Toda la vida en la Tierra depende de reacciones químicas como estas. De hecho, se cree que la vida comenzó gracias a una enzima de ARN que se autorreplicó. Por otra parte, el ADN y el ARN están considerados los bloques de construcción de la vida, ya que almacenan toda nuestra información genética y la transfieren a las siguientes generaciones. ¿Qué implicaciones tendría que tanto las enzimas como el material genético pudieran replicarse artificialmente ambas cosas en laboratorio?

Ya en 2012, Holliger afirmaba que “nuestro descubrimiento (AXN) implica que no existe ningún imperativo por el que la vida se tenga que basar en el ADN y el ARN (…)”; y que “nuestros resultados implican que puede haber otras maneras de almacenar la información genética distintas a las que conocemos, tanto en nuestro planeta como en el universo”.

Tras desarrollar la enzimaAXN, Alex Taylor, otro de los autores del avance, ha señalado por su parte que: "La creación de ADN sintético, y ahora de enzimas a partir de bloques de construcción que no existen en la naturaleza, plantea la posibilidad de que, si hay vida en otros planetas, esta puede haber surgido a partir de un conjunto totalmente diferente de moléculas. Se ampliaría así el número posible de planetas que podrían ser capaces de albergar vida".

Sobre biología sintética

La creación de AXN y de enzimasAXN se enmarca en una disciplina científica conocida como biología sintética, cuyo objetivo es el diseño de sistemas biológicos que no existen.

De esta disciplina se esperan “avances realmente sorprendentes que prometen cambiar la forma de entender y tratar la enfermedad”, añaden los investigadores del MRC.  En principio, “podría permitir usar piezas biológicas de diseño para el desarrollo de nuevas terapias y herramientas de diagnóstico más eficaces y con una vida útil más larga”.

Otros van mucho más allá y buscan la creación de nuevos organismos programables, es decir, de microorganismos a la carta que se comporten como pequeños ordenadores. También la creación de auténticas ‘máquinas’ que reparen o regeneren tejidos, reprogramen las células o ayuden a conocer mejor las enfermedades, para desarrollar fármacos a medida.

En lo que se refiere al medio ambiente, las investigaciones de biología sintética se están dirigiendo hacia el diseño de sistemas complejos y el rediseño de componentes biológicos inspirados en circuitos electrónicos, para destinarlos a la eliminación de compuestos tóxicos o la descontaminación de los ecosistemas.

Holliger y su equipo no han sido los primeros en crear ADN artificial. En 2011, científicos de la Universidad de Princeton, en Estados Unidos, ya consiguieron crear un ADN sintético que, insertado en células de la bacteria Escherichia coli que carecían de ciertos genes necesarios para la supervivencia en entornos desfavorables, logró que dichas células sobrevivieran. En 2010, científicos del Instituto J. Craig Venter de EEUU crearon un genoma sintético que se usó para controlar las funciones de una célula bacteriana. 

Referencias bibliográficas:

Alexander I. Taylor, Vitor B. Pinheiro, Matthew J. Smola, Alexey S. Morgunov, Sew Peak-Chew, Christopher Cozens, Kevin M. Weeks, Piet Herdewijn y Philipp Holliger. Catalysts from synthetic genetic polymers . Nature (2014). DOI: 10.1038/nature13982.

Phillip Holliger, et al. Synthetic Genetic Polymers Capable of Heredity and Evolution. Science (2012). DOI: 10.1126/science.1217622.