Al menos desde que apareció el último antepasado común de toda la vida en la Tierra hace unos 3.500 millones de años, la información genética se almacena en un alfabeto de cuatro letras, que se distribuye y lee en forma de dos pares de bases. Estas son cuatro bases de nitrógeno-carbono-hidrógeno: adenina (A), timina (T), citosina (C) y guanina (G). Debido a su composición química, se unen a pares de bases en un orden estricto que no permite opciones: solo AT y C-G. En un sistema tan cuaternario, toda la vida en la Tierra está codificada.
El objetivo principal de la biología sintética como ciencia es la creación de nuevas formas de vida y nuevas funciones en los organismos existentes. La forma lógica de lograr este objetivo es el desarrollo de organismos semisintéticos con un conjunto expandido de pares de bases. Además de las cuatro bases de la vida silvestre, pueden contener un par de bases sintéticas, formando un tercer par de bases artificiales: XY.
Los intentos anteriores de crear un organismo semisintético
alcanzaron su clímax en 2016 . Luego, los genetistas lograron desarrollar una cepa de
Escherichia coli , que extrajo los trifosfatos sintéticos necesarios del medio ambiente y los utilizó para replicar plásmidos con una base sintética. Este fue el primer caso de replicación de ADN semisintético, pero aún así, dicho organismo semisintético no estaba completamente completo. Simplemente almacenar y transferir el par de bases sintéticas no es suficiente. Para ser útil, debe ser completamente funcional, es decir, capaz de expresar proteínas en última instancia a través del ARN. Y estas serán proteínas, que ninguna forma de vida natural en el sistema Cuaternario es capaz de crear.
Ahora los biólogos del Instituto de Investigación Scripps han ido más allá. Crearon
una bacteria semisintética completa (que se muestra arriba), que transcribe el par de bases artificiales en ARNm con dos codones sintéticos y ARNt con anticodones sintéticos relacionados, y los decodifica de manera eficiente en el ribosoma para incorporar aminoácidos naturales o no canónicos en la proteína "fluorescente GFP" (supercarpeta GFP) ( sfGFP).
En este caso, sfGFP se usó simplemente para demostración; es un marcador tradicional utilizado en la investigación genética. Teóricamente, una bacteria puede codificar otros aminoácidos.
"Este es el cambio más pequeño que podríamos hacer en el mecanismo del trabajo de la naturaleza, pero esta es la primera vez", comentó el profesor Floyd Romesberg del Instituto de Investigación Scripps, uno de los principales autores de trabajos científicos.
La estructura química de los pares de bases sintéticas y naturales se muestra en la parte superior de la ilustración (a). La siguiente es una representación esquemática de un casete genético que se utiliza para expresar secuencias semisintéticas. En los gráficos cyd, respectivamente, fluorescencia y crecimiento de células que expresan sfGFP y tRNA semisintético. Finalmente, abajo a la izquierda hay una transferencia Western de lisados obtenidos de la última generación de estas células que se muestran en las marcas de extrema derecha de los gráficos cyd, y la abundancia relativa de aminoácidos S, I / L y N de las células semisintéticas se muestra a la derechaSegún los científicos, los resultados obtenidos indican que procesos distintos al enlace de hidrógeno pueden participar en cada paso de almacenamiento y extracción de información genética. Resultó que la ausencia de enlaces de hidrógeno en los pares de bases realmente no molesta a las células: la propagación del ADN semisintético todavía ocurre con mucho éxito.
En otras palabras, la vida que se extiende a nuestro alrededor, muy probablemente, no es la única posible desde un punto de vista químico. Dio la casualidad de que toda la vida en la Tierra se forma precisamente a partir de una muestra tan única, pero no es única en absoluto.
Por lo tanto, el organismo semisintético resultante es simultáneamente capaz de codificar información genética adicional y extraerla para su uso. "No lo llamaría una nueva forma de vida", dice Romsberg, "pero es lo más cercano a una nueva forma de vida que alguien haya logrado hacer". Por primera vez, una célula transmite una proteína usando algo diferente a G, C, A o T. "
Las cuatro bases naturales del ADN pueden codificar solo 20 aminoácidos, por lo que todas las formas de vida en la Tierra están limitadas exclusivamente a estas proteínas. Usando el tercer par de bases, sintético, el cuerpo puede codificar hasta 152 nuevos aminoácidos.
Según los investigadores, este organismo debería tomarse como una plataforma para crear nuevas formas y funciones de vida. Teóricamente, las nuevas formas de vida que existen en el sistema hexadecimal pueden abrir posibilidades completamente nuevas en medicina y farmacología, ayudando en la creación de nuevos medicamentos.
Synthorx, Inc., una compañía estadounidense especializada en la búsqueda de nuevos medicamentos utilizando el par de bases sintéticas X e Y
Los científicos señalan que la forma de vida semisintética que crearon y todas similares no podrán vivir fuera de las paredes del laboratorio, porque para la reproducción de las bases X e Y en la solución, deben estar presentes los químicos apropiados.
El artículo científico fue
publicado el 30 de noviembre de 2017 en la revista
Nature (doi: 10.1038 / nature24659,
pdf ).