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ADN de Hachimoji

Una doble hélice de ADN natural. El ADN de Hachimoji adopta una estructura similar.

El ADN Hachimoji (del japonés 八文字 hachimoji , "ocho letras") es un análogo de ácido nucleico sintético que utiliza cuatro nucleótidos sintéticos además de los cuatro presentes en los ácidos nucleicos naturales , ADN y ARN. Esto conduce a cuatro pares de bases permitidos : dos pares de bases no naturales formados por las nucleobases sintéticas además de los dos pares normales. Las bases Hachimoji se han demostrado en análogos de ADN y ARN, utilizando desoxirribosa y ribosa respectivamente como azúcar principal. [1] [2] [3] [4] [5]

Los beneficios de un sistema de ácido nucleico de este tipo pueden incluir una mayor capacidad para almacenar datos , así como conocimientos sobre lo que puede ser posible en la búsqueda de vida extraterrestre . [5] [6]

El sistema de ADN hachimoji produjo un tipo de ARN catalítico ( ribozima o aptámero ) in vitro .

Descripción

El ADN natural es una molécula que lleva las instrucciones genéticas utilizadas en el crecimiento, desarrollo, funcionamiento y reproducción de todos los organismos vivos conocidos y muchos virus . El ADN y el ácido ribonucleico (ARN) son ácidos nucleicos ; junto con las proteínas , los lípidos y los carbohidratos complejos ( polisacáridos ), los ácidos nucleicos son uno de los cuatro tipos principales de macromoléculas que son esenciales para todas las formas de vida conocidas . El ADN es un polinucleótido , ya que está compuesto de unidades monoméricas más simples llamadas nucleótidos ; cuando es bicatenario, las dos cadenas se enrollan una alrededor de la otra para formar una doble hélice . [7] [8]

En el ADN natural, cada nucleótido está compuesto por una de cuatro nucleobases ( citosina [C], guanina [G], adenina [A] o timina [T]), un azúcar llamado desoxirribosa y un grupo fosfato . Los nucleótidos están unidos entre sí en una cadena mediante enlaces covalentes entre el azúcar de un nucleótido y el fosfato del siguiente, lo que da como resultado una cadena principal de azúcar-fosfato alternada . Las bases nitrogenadas de las dos cadenas de polinucleótidos separadas están unidas entre sí con enlaces de hidrógeno , de acuerdo con las reglas de apareamiento de bases (A con T y C con G), para formar ADN bicatenario.

El ADN de Hachimoji es similar al ADN natural, pero difiere en el número y tipo de nucleobases. [1] [5] Las nucleobases no naturales, más hidrofóbicas que las bases naturales , [9] [10] se utilizan en el ADN de Hachimoji exitoso. Un ADN de este tipo siempre forma la doble hélice estándar , sin importar qué secuencia de bases se usara. Los investigadores adaptaron una enzima ( polimerasa T7 ) para usarla in vitro para transcribir el ADN de Hachimoji en ARN de Hachimoji, que, a su vez, produjo actividad química en forma de un fluoróforo verde brillante . [4] [5]

Nuevos pares de bases

El ADN y el ARN están compuestos naturalmente de cuatro bases de nucleótidos que forman enlaces de hidrógeno para aparearse. El ADN de Hachimoji utiliza cuatro nucleótidos sintéticos adicionales para formar cuatro tipos de pares de bases, dos de los cuales no son naturales: P se une con Z y B se une con S ( dS en el ADN , rS en el ARN ). [1]

Apareamientos de bases en el ADN de hachimoji (izquierda, dR = desoxirribosa ) y el ARN de hachimoji (derecha, R = ribosa ). [1]
Las bases naturales están en la fila superior; las bases sintéticas no naturales están en la fila inferior.
Los enlaces de hidrógeno son líneas discontinuas verdes, con átomos aceptores en rojo.

Fondo

Anteriormente, el grupo de investigación responsable del sistema de ADN hachimoji, encabezado por el químico de la Universidad de Harvard Steven Benner , había estudiado un sistema análogo de ADN sintético , llamado Sistema de Información Genética Expandido Artificialmente (AEGIS), que utilizaba doce nucleótidos diferentes, incluidos los cuatro que se encuentran en el ADN. [11] [12] [13] [14] [15]

Biología

El químico de Scripps Research, Floyd Romesberg , conocido por crear el primer par de bases no naturales (UBP, por sus siglas en inglés) y ampliar el alfabeto genético de cuatro letras a seis en 2012, [16] afirmó que la invención del sistema de ADN hachimoji es un ejemplo del hecho de que las bases naturales (G, C, A y T) "no son únicas". [17] [18] La creación de nuevas formas de vida puede ser posible, al menos teóricamente, [9] con el nuevo sistema de ADN. [18] Por ahora, sin embargo, el sistema de ADN hachimoji no es autosuficiente; el sistema necesita un suministro constante de bloques de construcción y proteínas únicos que solo se encuentran en el laboratorio. Como resultado, "el ADN hachimoji no puede ir a ninguna parte si escapa del laboratorio". [4]

Aplicaciones

La NASA financió esta investigación para "expandir el alcance de las estructuras que podríamos encontrar mientras buscamos vida en el cosmos". [1] Según Lori Glaze de la División de Ciencias Planetarias de la NASA, "la detección de vida es un objetivo cada vez más importante de las misiones científicas planetarias de la NASA, y este nuevo trabajo [con ADN de hachimoji] nos ayudará a desarrollar instrumentos y experimentos efectivos que ampliarán el alcance de lo que buscamos". [3] [19] El líder del equipo de investigación, Steven Benner , señala: "Al analizar cuidadosamente los roles de la forma, el tamaño y la estructura en el ADN de hachimoji, este trabajo amplía nuestra comprensión de los tipos de moléculas que podrían almacenar información sobre la vida extraterrestre en mundos alienígenas". [20]

Según los investigadores, [1] el ADN de hachimoji también podría utilizarse "para desarrollar diagnósticos limpios de enfermedades humanas , en el almacenamiento de datos digitales de ADN , en la codificación de barras de ADN , en nanoestructuras autoensamblables y para fabricar proteínas con aminoácidos inusuales . Partes de este ADN de hachimoji ya están siendo producidas comercialmente por Firebird Biomolecular Sciences LLC". [1] [4]

Véase también

Referencias

  1. ^ abcdefghijk Hoshika S, Leal NA, Kim MJ, Kim MS, Karalkar NB, Kim HJ, Bates AM, Watkins NE, SantaLucia HA, Meyer AJ, DasGupta S, Ellington AD, SantaLucia J, Georgiadis MM, Benner SA (febrero de 2019). "ADN y ARN de Hachimoji: un sistema genético con ocho bloques de construcción". Science . 363 (6429): 884–887. Bibcode :2019Sci...363..884H. doi :10.1126/science.aat0971. PMC  6413494 . PMID  30792304.
  2. ^ Asociación Estadounidense para el Avance de la Ciencia (21 de febrero de 2019). «Hachimoji: la expansión del alfabeto genético de cuatro a ocho». EurekAlert! . Consultado el 22 de febrero de 2019 .
  3. ^ ab Brown D, Landau E (21 de febrero de 2019). "Investigación crea una molécula similar al ADN para ayudar en la búsqueda de vida extraterrestre". Phys.org . Consultado el 22 de febrero de 2019 .
  4. ^ abcd Dumé B (22 de febrero de 2019). «El ADN de Hachimoji duplica el código genético». Physics World . Consultado el 22 de febrero de 2019 .
  5. ^ abcd Zimmer C (21 de febrero de 2019). "El ADN obtiene un nuevo y más grande alfabeto genético: el ADN se escribe con cuatro letras o bases. Los investigadores han construido un sistema con ocho. Puede contener pistas sobre el potencial de vida en otras partes del universo y también podría ampliar nuestra capacidad para almacenar datos digitales en la Tierra". The New York Times . Consultado el 21 de febrero de 2019 .
  6. ^ Dvorsky G (22 de febrero de 2019). "El extraño ADN de ocho letras podría ser el material del que están hechos los extraterrestres". Gizmodo . Consultado el 23 de febrero de 2019 .
  7. ^ Alberts B, Johnson A, Lewis J, Raff M, Roberts K, Walter P (2014). "Capítulo 4: ADN, cromosomas y genomas". Biología molecular de la célula (6.ª ed.). Garland. ISBN 978-0-8153-4432-2Archivado desde el original el 14 de julio de 2014 . Consultado el 21 de febrero de 2019 .
  8. ^ Purcell A. «ADN». Biología básica . Archivado desde el original el 5 de enero de 2017. Consultado el 21 de febrero de 2019 .
  9. ^ ab Warren M (febrero de 2019). "Cuatro nuevas letras del ADN duplican el alfabeto de la vida". Nature . 566 (7745): 436. Bibcode :2019Natur.566..436W. doi : 10.1038/d41586-019-00650-8 . PMID  30809059.
  10. ^ Thulin L (25 de febrero de 2019). "Los científicos duplican con éxito el alfabeto del ADN: el "ADN Hachimoji" es estructuralmente sólido, ofrece nuevas posibilidades para el almacenamiento de datos y plantea preguntas sobre la composición molecular de la vida extraterrestre potencial". Revista Smithsonian . Consultado el 25 de febrero de 2019 .
  11. ^ Yang Z, Hutter D, Sheng P, Sismour AM, Benner SA (29 de octubre de 2006). "Sistema de información genética expandido artificialmente: un nuevo par de bases con un patrón de enlace de hidrógeno alternativo". Nucleic Acids Research . 34 (21): 6095–101. doi :10.1093/nar/gkl633. PMC 1635279 . PMID  17074747. 
  12. ^ Benner SA, Hutter D, Sismour AM (1 de septiembre de 2003). "Biología sintética con sistemas de información genética expandidos artificialmente. De la medicina personalizada a la vida extraterrestre". Nucleic Acids Research. Suplemento . 3 (3): 125–6. doi :10.1093/nass/3.1.125. PMID  14510412.
  13. ^ Benner SA (diciembre de 2010). "Definiendo la vida". Astrobiología . 10 (10): 1021–30. Bibcode :2010AsBio..10.1021B. doi :10.1089/ast.2010.0524. PMC 3005285 . PMID  21162682. 
  14. ^ Klotz I (27 de febrero de 2009). «Una forma de vida sintética crece en un laboratorio de Florida». Science . Archivado desde el original el 13 de enero de 2016. Consultado el 27 de febrero de 2019 .
  15. ^ Lloyd R (14 de febrero de 2009). «Nuevo ADN artificial apunta a vida extraterrestre». LiveScience . Consultado el 27 de febrero de 2019 .
  16. ^ Malyshev DA, Dhami K, Quach HT, Lavergne T, Ordoukhanian P, Torkamani A, Romesberg FE (julio de 2012). "La replicación eficiente e independiente de la secuencia de ADN que contiene un tercer par de bases establece un alfabeto genético funcional de seis letras". Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 109 (30): 12005–10. Bibcode :2012PNAS..10912005M. doi : 10.1073/pnas.1205176109 . PMC 3409741 . PMID  22773812. 
  17. ^ Saplakoglu Y (21 de febrero de 2019). "Los científicos han creado ADN sintético con 4 letras adicionales". Live Science . Consultado el 22 de febrero de 2019 .
  18. ^ ab Molteni M (21 de febrero de 2019). "Duplicar los componentes básicos de nuestro ADN podría conducir a nuevas formas de vida". Wired . Consultado el 22 de febrero de 2019 .
  19. ^ Stickland A (21 de febrero de 2019). "El ADN sintético podría ayudar en la búsqueda de vida extraterrestre". CNN News . Consultado el 22 de febrero de 2019 .
  20. ^ Carpineti A (22 de febrero de 2019). "El nuevo ADN artificial ha duplicado el alfabeto de la vida". IFLScience.com . Consultado el 22 de febrero de 2019 .

Lectura adicional

Enlaces externos