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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 nucleobases sintéticas además de los dos pares normales. Se han demostrado bases de Hachimoji 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 transporta las instrucciones genéticas utilizadas en el crecimiento, desarrollo, funcionamiento y reproducción de todos los organismos vivos conocidos y de 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 por unidades monoméricas más simples llamadas nucleótidos ; cuando son bicatenarios, las dos cadenas se enrollan entre sí 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 estructura alterna de azúcar y fosfato . Las bases nitrogenadas de las dos hebras separadas de polinucleótidos se unen entre sí mediante enlaces de hidrógeno , según reglas de emparejamiento 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 hachimoji exitoso. Un ADN de este tipo siempre formaba la doble hélice estándar , sin importar la secuencia de bases que se utilizara. 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 por cuatro bases de nucleótidos que forman enlaces de hidrógeno para poder emparejarse. 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 a Z y B se une a S ( dS en ADN , rS en ARN ). [1]

Emparejamientos 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 y antinaturales se encuentran en la fila inferior.
Los enlaces de hidrógeno son líneas discontinuas de color verde, con los 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 , denominado 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) 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 autosostenible; El sistema necesita un suministro constante de proteínas y componentes básicos únicos que sólo se encuentran en el laboratorio. Como resultado, "el ADN de Hachimoji no puede llegar a ninguna parte si escapa del laboratorio". [4]

Aplicaciones

La NASA financió esta investigación para "ampliar 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 hachimoji] nos ayudará a desarrollar instrumentos y experimentos eficaces que ampliarán el alcance de lo que buscamos." [3] [19] El líder del equipo de investigación, Steven Benner , señala: "Al analizar cuidadosamente las funciones de la forma, el tamaño y la estructura en el ADN hachimoji, este trabajo amplía nuestra comprensión de los tipos de moléculas que podrían almacenar información sobre la vida extraterrestre en mundos extraterrestres. " [20]

Según los investigadores, [1] el ADN de hachimoji también podría usarse "para desarrollar diagnósticos limpios para enfermedades humanas , en el almacenamiento de datos digitales de ADN , códigos de barras de ADN , nanoestructuras autoensamblables y para producir proteínas con aminoácidos inusuales . Partes de este ADN de hachimoji Firebird Biomolecular Sciences LLC ya los está produciendo comercialmente". [1] [4]

Ver 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 componentes básicos". Ciencia . 363 (6429): 884–887. Código Bib : 2019 Ciencia... 363..884H. doi : 10.1126/ciencia.aat0971. PMC  6413494 . PMID  30792304.
  2. ^ Asociación Estadounidense para el Avance de la Ciencia (21 de febrero de 2019). "Hachimoji - Ampliando el alfabeto genético de cuatro a ocho". Eurek¡Alerta! . Consultado el 22 de febrero de 2019 .
  3. ^ ab Brown D, Landau E (21 de febrero de 2019). "La 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". Mundo de la Física . Consultado el 22 de febrero de 2019 .
  5. ^ abcd Zimmer C (21 de febrero de 2019). "El ADN obtiene un alfabeto genético nuevo, y más grande: el ADN se deletrea con cuatro letras o bases. Los investigadores ahora han construido un sistema con ocho. Puede contener pistas sobre el potencial de vida en otras partes del universo y también podría expandir nuestro capacidad de almacenar datos digitales en la Tierra". Los 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 de lo 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 (6ª ed.). Guirnalda. ISBN 978-0-8153-4432-2. Archivado 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 de ADN duplican el alfabeto de la vida". Naturaleza . 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 de ADN: el" ADN de Hachimoji "es estructuralmente sólido, ofrece nuevas posibilidades para el almacenamiento de datos y plantea preguntas sobre la composición molecular de la posible vida extraterrestre". 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 artificialmente ampliado: un nuevo par de bases con un patrón de enlaces de hidrógeno alternativo". Investigación de ácidos nucleicos . 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 ampliados artificialmente. De la medicina personalizada a la vida extraterrestre". Investigación de ácidos nucleicos. 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. Código Bib : 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". Ciencia . 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). "Nuevos puntos de ADN artificial hacia vida extraterrestre". Ciencia viva . 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 del 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. Código Bib : 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". Ciencia Viva . Consultado el 22 de febrero de 2019 .
  18. ^ ab Molteni M (21 de febrero de 2019). "Duplicar nuestros componentes básicos de ADN podría conducir a nuevas formas de vida". Cableado . 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". Noticias CNN . 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". IFLSience.com . Consultado el 22 de febrero de 2019 .

Otras lecturas

enlaces externos