Un nuevo ADN creado en el laboratorio duplica el abecedario genético

Toda la información necesaria para ensamblar y operar un ser vivo, desde sus componentes moleculares más básicos, está recogida en una chuleta escrita solo con cuatro letras. El texto es el genoma completo del organismo. El abecedario son las llamadas bases nitrogenadas, unidades químicas emparejadas que forman cada peldaño en la doble hélice del ADN: adenina (A) con timina (T) y citosina (C) con guanina (G).

Con esas cuatro letras, los mecanismos de la evolución han escrito las instrucciones de organismos tan diversos como una bacteria, un roble, un elefante o una persona. Ahora, un equipo de científicos dirigido desde la Fundación para la Evolución Molecular Aplicada, en EE UU, ha expandido el abecedario para incluir cuatro letras nuevas (Z, P, S y B). Han bautizado a la estructura resultante hachimoji, que significa “ocho letras” en japonés, y la describen en el número de la pasada semana la revista Science.

El trabajo está financiado parcialmente por la NASA y “es un avance conceptual muy grande”, asegura Víctor de Lorenzo, un experto en microbiología y biología sintética del Centro Nacional de Biotecnología (CNB-CSIC). De Lorenzo, ajeno al nuevo estudio, explica que con este logro se pueden explorar sistemas biológicos que no han aparecido nunca. El ADN natural tiene las cuatro letras que tiene por “una serie de contingencias históricas”, entonces unos cimientos bioquímicos distintos podrían dar lugar a una vida completamente diferente. “El lanzamiento de los dados podría haber caído de otra forma”, resume.

Los científicos crearon las nuevas bases nitrogenadas introduciendo pequeñas modificaciones a las estructuras de las cuatro bases naturales. Como ocurre con A, T, C y G, las letras sintéticas también se agrupan en dos parejas porque, cuando se enfrentan las bases complementarias (Z con P y S con B), forman enlaces químicos llamados puentes de hidrógeno. En una serie de experimentos, el equipo de investigación ha demostrado que la doble hélice que forma el ADN hachimoji es estable.

Sin embargo, De Lorenzo advierte que es prematuro hablar de un nuevo código genético, ya que las letras introducidas no constituyen un cifrado de otras biomoléculas, como sí ocurre con las cuatro bases nitrogenadas de siempre. El ADN clásico es útil para la vida y puede evolucionar por selección natural porque se transcribe en moléculas correspondientes de ARN (cadenas sencillas de bases nitrogenadas) y estas se traducen en proteínas (cadenas de aminoácidos). Generalmente, son las proteínas las biomoléculas que desempeñan las funciones necesarias para la vida.

En el sistema natural, cada tres bases nitrogenadas corresponden a un aminoácido, y por lo tanto forman un código. No es así con el ADN hachimoji, que produce ARN viable pero no tiene una traducción válida en forma de proteínas. Teóricamente, esa traducción se podría lograr, porque el conocimiento y la técnica necesarios se desarrollaron hace años.

Como solo hay 20 aminoácidos pero las cuatro letras genéticas clásicas se pueden combinar en 64 tripletes diferentes, existen “palabras” de ADN superfluas a las que los científicos han logrado asignar nuevos significados, correspondientes a aminoácidos sintéticos. “Eso lo hicimos hace dos décadas”, cuenta a Materia Steven Benner, el autor principal del trabajo. “En este estudio concreto no utilizamos las nuevas letras del abecedario genético para crear palabras en el léxico de las proteínas”.

Evolución para atrapar el cáncer

Aun así, Benner y sus compañeros defienden que el sistema hachimoji cumple los requisitos de un sistema vivo y capaz de evolucionar, porque produce un tipo de ARN que se adhiere a otras moléculas y desempeña algunas funciones análogas a las de las proteínas. Por ejemplo, el equipo de Benner descubrió, cuando solo tenía un sistema de seis letras, que algunas secuencias de ARN ricas en bases Z y P se pegan con facilidad a ciertas células cancerígenas. Eso podría servir, por ejemplo, como una herramienta de diagnóstico.

“Al incrementar el abecedario genético hasta ocho, hemos mejorado la capacidad de evolución del sistema”, dice Benner. Las cuatro bases nuevas incluyen grupos moleculares de mayor actividad bioquímica que las bases convencionales. “El potencial para crear moléculas de ARN con funcionalidad propia es muy grande”, añade. “No he diseñado una molécula que se adhiera a las células cancerígenas; he diseñado un sistema que puede evolucionar para adherirse a células cancerígenas”.

Todo el estudio se ha llevado a cabo in vitro, es decir, fuera de células vivas. En 2014, el equipo del bioquímico Floyd Romesberg, en el Instituto Scripps de La Jolla, California, logró introducir un ADN sintético de seis letras en una bacteria viviente. Su molécula era menos estable que el sistema hachimoji, por las propiedades químicas de sus dos bases artificiales, pero tenía una gran ventaja: se podía replicar (copiar) como hace el ADN natural. La doble hélice de ocho letras todavía no ha superado esta prueba, y se desconoce cómo cumplirá en un sistema vivo, o si se degradará de forma natural fuera de él.