Crean una revolucionaria «impresora de ADN» artificial

Investigadores han presentado una técnica capaz de abaratar y acelerar el proceso de «fabricación» de genes a la carta

En la actualidad, el proceso de síntesis de secuencias de ADN es caro y laborioso y ralentiza la investigación - Dominio público

Científicos de las prestigiosa Universidad de California en Berkeley han diseñado una nueva forma de crear secuencias de ADN a la carta que promete ser más rápida, más barata y más precisa que las metodologías químicas usadas hasta ahora en laboratorios de todo el mundo.

En un artículo publicado en la revista Nature Biotechnology, los investigadores han presentado una herramienta de síntesis de ADN que se basa en la utilización de enzimas, y que en el futuro podría llegar a permitir producir hebras de ADN diez veces más largas que las que se fabrican ahora de forma artificial. Esto permitiría acelerar la investigación en múltiples campos y sería un paso adelante en el desarrollo de la biología sintética, una rama que investiga la creación de microorganismos artificiales con fines prácticos.

«Si eres un investigador o un bioingeniero y tienes un instrumento que agiliza la síntesis de ADN, algo así como una "impresora de ADN", puedes poner a prueba tus ideas mucho más rápido y enseguida probar con otras nuevas», ha explicado en un comunicado Dan Arlow, científico en la Universidad de California en Berkeley y coautor de la investigación, junto a Sebastian Palluk, de la Universidad Técnica de Darmstadt (Alemania). «Creo que esto llevará a un montón de innovaciones».

¿Cómo cuales? Palluck y Arlow trabajan en el campo de la biología sintética. Están especializados en diseñar e introducir genes en microbios para obtener productos interesantes, como medicamentos, combustibles o compuestos químicos, de una forma barata y sostenible. Lo interesante es que esta «impresora de ADN» puede agilizar mucho la investigación. «Creemos que un mayor acceso al ADN artificial acelerará y simplificará el desarrollo de nuevas curas para enfermedades», ha dicho Palluk.

De lo artesanal a la ingeniería de ADN

En la actualidad, los laboratorios de todo el mundo encargan a empresas biotecnológicas la fabricación de secuencias concretas de ADN como parte de su investigación rutinaria.

Estas empresas recurren a una tecnología desarrollada en 1981 y que se basa en metodologías de la química orgánica para producir los llamados oligonucleótidos, cortas secuencias de ADN de hasta 200 pares de bases. ¿Qué quiere decir esto? Un gen puede estar compuesto de decenas de miles de pares de bases, cada una de las letras (A, C, G y T) en las que está escrito el código genético. Hay que recordar que estas letras representan moléculas, las bases nitrogenadas, que se acoplan en parejas, y que le permiten al ADN codificar información.

Como la construcción de genes requiere ensamblar fragmentos pequeños, los oligonucleótidos, los investigadores tienen que comprar fragmentos de los genes y luego unirlos en el orden adecuado a través de enzimas. El proceso es largo, caro y requiere bastante tiempo de trabajo.

«Cuando era estudiante en Alemania, (...) intentamos conseguir que la bacteria Escherichia coli degradase residuos plásticos. Pero enseguida me di cuenta de que la mayor parte del tiempo de mi investigación tenía que invertirlo en unir todo el ADN, no en hacer los experimentos para comprobar si las células modificadas podían degradar el plástico», ha dicho Palluk en un comunicado. «Esto me motivó para investigar en el proceso de síntesis del ADN».

«Literalmente, copias la secuencia en una página web y esperas dos semanas», ha dicho Arlow. También ha señalado que además de la molestia que suponen los tiempos de espera, cada gen cuesta 300 dólares, lo que dificulta mucho poder hacer estudios que impliquen muchas secuencias.

La clave, en una enzima para anticuerpos

Estas dificultades fueron las que llevaron a Palluck y a Arlow a dar con una nueva forma de sintetizar ADN. Su método se basa en una enzima productora de ADN presente en células del sistema inmune y cuya función es incorporar nuevos nucleótidos. A diferencia de las otras enzimas que tienen esta función en las células, esta enzima, descubierta en los sesenta, no usa un molde o un patrón de ADN preexistente para copiarlo. En lugar de eso, añade nucleótidos (las moléculas que funcionan como letras A, C, G y T) de forma aleatoria. Esta enzima se llama TdT (deoxinucleotidil transferasa terminal).

La función natural de esta enzima es ayudar a producir anticuerpos, de forma aleatoria. Crea variaciones en ciertos genes para producir cambios por azar en las proteínas que forman los anticuerpos. Así, el organismo logra tener un buen repertorio aleatorio de anticuerpos para reconocer a nuevos invasores. Además, esta enzima es interesante porque trabaja muy rápido: puede incorporar 200 bases en un minuto.

Por estos motivos no sorprende que esta enzima se haya intentado usar en otras ocasiones. Ya se sabía que la clave para lograr que fabrique una secuencia de ADN específica y que no añada moléculas indeseadas, es bloquearla cada vez que añade una base o nucleótico. Por desgracia, no resulta fácil lograrlo a causa de la estructura química de esta enzima TdT.

En esta ocasión, el truco que han empleado es «atar» la enzima a cada base o nucleótido, para que esta proteína actúe como tapón. Una vez que se incorpora la base a una cadena de ADN artificial, la enzima evita que se pueda añadir otra base. De esta forma, los investigadores solo tienen que cortar la atadura y añadir otros nuevas bases, enganchadas a su vez a otras enzimas. Y así sucesivamente.

En las primeras pruebas, los científicos han logrado completar diez de estos ciclos, creando cadenas de ADN de 10 bases. Lo positivo es que el método es más rápido y más preciso que las técnicas usadas hasta ahora.

Los próximos pasos

De hecho, la precisión lograda en cada paso es del 98 por ciento. «No está mal para un primer intento con el que solucionar un problema que tiene 50 años. Pero queremos lograr una precisión del 99,9 por ciento y crear secuencias de ADN de la longitud de un gen», ha reconocido Palluck.

«Al sintetizar directamente moléculas de ADN más largas, la necesidad de unir oligonucleótidos y las limitaciones de este tedioso proceso pueden reducirse. Nuestro sueño es sintetizar directamente secuencias del tamaño de un gen que los investigadores puedan conseguir en unos pocos días», ha adelantado el científico de Berkeley. Gracias a esto, las investigaciones para conseguir ropas, combustibles y alimentos a través de la biología sintética, podrían ser mucho más rápidas y baratas.

Referencia Bibliográfica:

"De novo DNA synthesis using polymerase-nucleotide conjugates" ; Nature Biotechnology ; Published: 18 June 2018

Fuente: ABC Ciencia