Resumen: Rehaciendo esta molécula central como un transportador ofrece una oportunidad para explorar nuevas ramas de cómo podría trabajar la bioquímica - o podría haber trabajado alguna vez en el pasado. La prolífica capacidad de la molécula de ADN de multiplicarse ha sido utilizada por bioquímicos de Harvard como patrón para las nuevas bibliotecas de reacciones orgánicas.





Basado en un reportaje Harvard

La biomolécula, DNA, que se retuerce a lo largo del núcleo de la célula

Llevando a cuestas moléculas orgánicas pequeñas encima de hebras pequeñas de ADN, químicos en la Universidad de Harvard han desarrollado un nuevo método innovador de usar ADN como una huella no para proteínas sino por colecciones de moléculas sintéticas complejas. Los investigadores escribirán una crónica de la prolífica técnica, apodada “síntesis de la biblioteca de ADN-patrón”, en la publicación Science.

“Las estructuras básicas de proteínas y ácidos nucleicos parecen limitadas cuándo son comparadas con las estructuras que pueden ser creadas usando química sintética moderna, e incluso este conjunto muy modesto de bloques edificadores proteínas y ácidos nucleicos han dado lugar a la diversidad y complejidad increíble de sistemas vivos”, dice David R. Liu, profesor asociado de química y química biológica en Harvard. “Tenemos interés en casar características fundamentales de las biomoléculas con química orgánica sintética para aplicar técnicas como traducción, selección, y amplificación para moléculas más allá de las encontradas en células y organismos”.

Liu y sus colegas pegaron moléculas orgánicas a hebras individuales de ADN, conteniendo cada una 10 bases de ADN (A, C, G, o T). Cuando dos hebras de ADN con secuencias complementarias (A casa con T, G casa con C) espontáneamente se adhieren conjuntamente, sus moléculas orgánicas asociadas experimentan una reacción química para generar un producto. Como consecuencia, las hebras de ADN esencialmente sirven de una línea de montaje programable de secuencias en miniatura para productos de síntesis química.

El experimento Miller-Urey generó chispas eléctricas - pretendió simular relámpagos- en una mezcla de gases pensados para parecerse a la atmósfera antigua de la Tierra. Crédito: AccessExcellence.org

Debido a que los compuestos sintéticos resultantes son unidos a ADN, las técnicas usadas durante mucho tiempo para ocultar y amplificar el soporte principal genético ahora pueden ser aplicadas. Las moléculas pueden ser “seleccionadas” para unas propiedades funcionales deseadas, y los supervivientes de estas selecciones luego pueden ser copiados usando la reacción en cadena de la polimerasa (PCR).

La aplicación de síntesis de DNA-patrón ha posibilitado a una colección de hebras de ADN ser transformada en una colección correspondiente de moléculas pequeñas programadas en secuencia macrocíclicas con propiedades químicas y biológicas potencialmente interesantes. Un solo miembro de la colección sobrevivió a una selección basándose en su habilidad para unirse a una proteína objetivo, y el ADN que codificó al superviviente fue amplificado por PCR y secuenciado para revelar su identidad.

El equipo de Liu encontró que las moléculas pequeños ligadas al ADN puede reaccionar para formar productos mayores aun cuando las bases de ADN usadas para comprimir conjuntamente las moléculas pequeñas están distantes en un molde de ADN. Esto quiere decir que una hebra del molde de 30 bases de ADN, complementario a los códigos de ADN de Liu para tres moléculas orgánicas diferentes, pueden codificar tres reacciones químicas separadas, dando paso a la síntesis en varias fases programada del ADN de productos cíclicos relativamente complejos.

La síntesis química ocurre muy diferentemente en los laboratorios y en las células. Los químicos trabajan típicamente con moléculas que reaccionan para formar productos cuando colisionan al azar a concentraciones altas. En cambio, las biomoléculas que se encuentran dentro de las células en concentraciones que están a menudo un millón de veces por debajo de las concentraciones de las moléculas en los reactores del laboratorio. En la naturaleza, las reacciones entre estas moléculas altamente diluidas son dirigidas por enzimas que selectivamente juntan ciertos reactivos biológicos. Liu y sus colegas están ahora usando ADN como un tipo similar de intermediarios para juntar moléculas pequeñas sintéticas que están de otra manera demasiado diluidas para reaccionar, permitiendo que cantidades diminutas de moléculas escasas se comporten como mezclas más densas cuando son ensambladas juntas por el emparejamiento de bases del ADN.

Los azúcares Ribosa y la columna central de fosfato se combinan con pares de bases en la hélice familiar. Crédito: Darryl Leja/ Access Excellence.

“Reconocemos que para aplicar tales acercamientos a la mayor cantidad de moléculas sintéticas como sea posible, tendríamos que usar un tipo diferente de plantilla que una enzima”, dice Liu. “El natural y robusto cierre de las hebras complementarias de ADN es una forma simple para traer moléculas a concentraciones bajas juntas sin tener que desarrollar una clase enteramente nueva de enzimas para cada tipo diferente de moléculas”.

Las hebras de ADN de 10 bases usadas por el equipo de Liu son bastante grandes para ser estables a temperatura ambiente y en teoría pueden codificar miles de moléculas orgánicas pequeñas individuales.

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Los coautores de Liu son Zev J. Gartner, Brian N. Tse, Rozalina Grubina, Jeffrey B. Doyon, y Thomas M. Snyder, todo el Departamento de Harvard de Química y Química Biológica. Su trabajo fue financiado por el Instituto Nacional de Ciencias Médicas Generales en los Institutos Nacionales de Salud, la Oficina de Investigación Naval, la Fundación Arnold y Mabel Beckman, la Fundación Searle Scholars, la Fundación Alfred P. Sloan, y becas de Bristol Myers Squibb y la Fundación Nacional De Las Ciencias.