Cómo sintetizar casi cualquier biomaterial usando ADN

biomaterial usando ADN

Que el ADN es la molécula en la que se atesora la información que permite hacer un ser vivo es de sobra conocido. Que se puede usar como molde para algunas aplicaciones diferentes a las biológicas, no es tan popular, pero tampoco debería resultar extraño a los lectores de esta sección.

Ahora se ha dado un paso más. Un grupo de investigadores encabezado por Lei Tang, de la Universidad de Duke (EE.UU.) da la receta para usar una enzima para fabricar nuevos biomateriales a partir de ADN. Estas instrucciones permitirán a investigadores de todo el mundo sintetizar moléculas autoensamblables para aplicaciones que van desde el suministro de fármacos a nanohilos.

La maquinaria molecular del cuerpo humano, por ejemplo, normalmente se basa en plantillas genéticas para llevar a cabo la síntesis de moléculas. Por ejemplo, las máquinas moleculares llamadas ADN polimerasas leen el ADN base a base para construir copias precisas.

Hay, sin embargo, algunas ovejas negras en el mundo de la biología molecular que no requieren una plantilla. Una de estas aberraciones, llamada transferasa terminal (TdT), trabaja en el sistema inmune y cataliza la adición sin plantilla de nucleótidos (los componentes unitarios del ADN) a un ADN de una sola hebra (recordemos que el ADN es una doble hebra en forma de doble hélice). Las secuencias de nucleótidos aparentemente aleatorias en una sola cadena de ADN no parecen tener mucho uso biológico, pero los investigadores han descubierto qué hacer con ellas.

La enzima TdT puede producir estructuras biomoleculares sintéticas precisas de alto peso molecular empleando una fracción del tiempo que los métodos actuales, y en un solo sitio en vez de en un montón de pasos diferentes en una secuencia de síntesis. La síntesis puede adaptarse para crear ADN monocatenario que se autoensambla formando recipientes de tipo bola para administrar fármacos o para incorporar nucleótidos no naturales dando acceso a una amplia gama de posibilidades con utilidad médica.

La TdT tiene la ventaja sobre las reacciones típicas de síntesis en cadena de que continúa añadiendo nucleótidos al final de la cadena de crecimiento siempre y cuando estén disponibles en el medio. Esto abre para los científicos de materiales un amplio espectro para el diseño.

Debido a que todas las enzimas funcionan al mismo ritmo y nunca se detienen, las hebras de ADN resultantes son todas de un tamaño muy parecido, un rasgo importante para controlar sus propiedades mecánicas. Un proceso sin fin también significa que los investigadores pueden alimentar forzadamente a la TdT cualquier nucleótido que quieran, incluso los no naturales, simplemente no proporcionando otras opciones.

Por ejemplo, los nucleótidos no naturales pueden incorporar moléculas diseñadas para facilitar la “química clic“, lo que permite la unión de un conjunto completo de biomoléculas. Los investigadores también pueden iniciar el proceso de síntesis con una base hecha de una secuencia de ADN específica, llamada aptámero, que puede dirigirse a proteínas y células específicas.

La enzima terminal transferasa se conoce desde hace décadas, pero esta es la primera vez que alguien deja de estudiar su papel en el sistema inmunológico humano para encontrar una aplicación tecnológica en la síntesis de polinucleótidos.

Referencia:

Lei Tang et al (2017) High-Molecular-Weight Polynucleotides by Transferase-Catalyzed Living Chain-Growth Polycondensation Angewandte Chemie I.E. doi: 10.1002/anie.201700991

Sobre el autor: César Tomé López es divulgador científico y editor de Mapping Ignorance

Este texto es una colaboración del Cuaderno de Cultura Científica con Next

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