Los ácidos xenonucleicos ( XNA ) son análogos de ácidos nucleicos sintéticos que tienen una estructura de azúcar diferente a la de los ácidos nucleicos naturales ADN y ARN . [1] A partir de 2011, se ha demostrado que al menos seis tipos de azúcares sintéticos forman cadenas principales de ácido nucleico que pueden almacenar y recuperar información genética. Ahora se están realizando investigaciones para crear polimerasas sintéticas para transformar XNA. El estudio de su producción y aplicación ha creado un campo conocido como xenobiología .
Aunque la información genética todavía se almacena en los cuatro pares de bases canónicos (a diferencia de otros análogos de ácidos nucleicos ), las ADN polimerasas naturales no pueden leer ni duplicar esta información. Por lo tanto, la información genética almacenada en XNA es "invisible" y, por lo tanto, inútil para los organismos naturales basados en el ADN. [2]
Fondo
La estructura del ADN se descubrió en 1953. A principios de la década de 2000, los investigadores crearon una serie de estructuras exóticas similares al ADN, XNA. XNA es un polímero sintético que puede transportar la misma información que el ADN, pero con diferentes componentes moleculares. La "X" en XNA significa "xeno", que significa extraño o ajeno, lo que indica la diferencia en la estructura molecular en comparación con el ADN o el ARN. [3]
No se hizo mucho con XNA hasta el desarrollo de una enzima polimerasa especial , capaz de copiar XNA de una plantilla de ADN, así como copiar XNA de nuevo en ADN. [3] Pinheiro y col. (2012), por ejemplo, ha demostrado una polimerasa capaz de XNA que funciona en secuencias de ~ 100 pb de longitud. [4] Más recientemente, los biólogos sintéticos Philipp Holliger y Alexander Taylor, ambos de la Universidad de Cambridge, lograron crear XNAzymes, el equivalente XNA de una ribozima , enzimas hechas de ADN o ácido ribonucleico. Esto demuestra que los XNA no solo almacenan información hereditaria, sino que también pueden servir como enzimas, lo que plantea la posibilidad de que la vida en otro lugar haya comenzado con algo más que ARN o ADN. [5]
Estructura
Las hebras de ADN y ARN se forman uniendo largas cadenas de moléculas llamadas nucleótidos . Un nucleótido está formado por tres componentes químicos: un fosfato , un grupo de azúcar de cinco carbonos (puede ser un azúcar desoxirribosa , que nos da la "D" en el ADN, o un azúcar ribosa , la "R" en el ARN). y una de las cinco bases estándar ( adenina , guanina , citosina , timina o uracilo ).
Las moléculas que se unen para formar los seis ácidos xenonucleicos son casi idénticas a las del ADN y el ARN, con una excepción: en los nucleótidos XNA , los grupos de azúcar desoxirribosa y ribosa del ADN y el ARN han sido reemplazados por otras estructuras químicas. Estas sustituciones hacen que los XNA sean funcional y estructuralmente análogos al ADN y al ARN a pesar de ser antinaturales y artificiales.
XNA exhibe una variedad de cambios químicos estructurales en relación con sus contrapartes naturales. Los tipos de XNA sintético creados hasta ahora incluyen: [2]
- Ácido nucleico 1,5-anhidrohexitol (HNA)
- Ácido nucleico ciclohexeno (CeNA)
- Ácido nucleico de treosa ( TNA )
- Ácido nucleico de glicol ( GNA )
- Ácido nucleico bloqueado ( LNA )
- Ácido nucleico peptídico ( PNA )
- FANA ( ácido nucleico fluoro arabino )
El HNA podría usarse para actuar potencialmente como un fármaco que puede reconocer y unirse a secuencias específicas. Los científicos han podido aislar HNA para determinar la posible unión de secuencias que se dirigen al VIH. [6] Con el ácido nucleico ciclohexeno, la investigación ha demostrado que los CeNA con estereoquímica similar a la forma D pueden crear dúplex estables consigo mismo y con ARN. Se demostró que las CeNA no son tan estables cuando forman dúplex con el ADN. [7]
Trascendencia
El estudio de XNA no pretende brindar a los científicos una mejor comprensión de la evolución biológica tal como ha ocurrido históricamente, sino más bien explorar formas en las que podemos controlar e incluso reprogramar la composición genética de los organismos biológicos en el futuro. XNA ha demostrado un potencial significativo para resolver el problema actual de la contaminación genética en organismos modificados genéticamente . [8] Si bien el ADN es increíblemente eficiente en su capacidad para almacenar información genética y prestar una diversidad biológica compleja, su alfabeto genético de cuatro letras es relativamente limitado. El uso de un código genético de seis XNA en lugar de las cuatro bases de nucleótidos de ADN de origen natural ofrece infinitas oportunidades para la modificación genética y la expansión de la funcionalidad química. [9]
El desarrollo de varias hipótesis y teorías sobre los XNA ha alterado un factor clave en nuestra comprensión actual de los ácidos nucleicos: que la herencia y la evolución no se limitan al ADN y al ARN como se pensaba, sino que son simplemente procesos que se han desarrollado a partir de polímeros capaces de almacenar información. . [10] Las investigaciones sobre los XNA permitirán a los investigadores evaluar si el ADN y el ARN son los componentes básicos más eficientes y deseables de la vida, o si estas dos moléculas se eligieron al azar después de evolucionar a partir de una clase más amplia de ancestros químicos. [11]
Aplicaciones
Una teoría de la utilización de XNA es su incorporación a la medicina como agente de lucha contra enfermedades. Algunas enzimas y anticuerpos que se administran actualmente para diversos tratamientos de enfermedades se descomponen demasiado rápido en el estómago o el torrente sanguíneo. Debido a que el XNA es extraño y se cree que los seres humanos aún no han desarrollado las enzimas para descomponerlos, los XNA pueden servir como una contraparte más duradera de las metodologías de tratamiento basadas en ADN y ARN que se utilizan actualmente. [12]
Los experimentos con XNA ya han permitido el reemplazo y la ampliación de este alfabeto genético, y los XNA han mostrado complementariedad con nucleótidos de ADN y ARN, lo que sugiere un potencial para su transcripción y recombinación. Un experimento realizado en la Universidad de Florida condujo a la producción de un aptámero XNA por el método AEGIS-SELEX (sistema de información genética expandido artificialmente - evolución sistemática de ligandos por enriquecimiento exponencial), seguido de una unión exitosa a una línea de células de cáncer de mama . [13] Además, los experimentos en la bacteria modelo E. coli han demostrado la capacidad de XNA de servir como plantilla biológica para el ADN in vivo . [14]
Al avanzar con la investigación genética sobre XNA, deben tenerse en cuenta varias cuestiones relacionadas con la bioseguridad , la bioseguridad , la ética y la gobernanza / regulación. [2] Una de las preguntas clave aquí es si el XNA en un entorno in vivo se mezclaría con el ADN y el ARN en su entorno natural, lo que haría que los científicos no pudieran controlar o predecir sus implicaciones en la mutación genética . [12]
XNA también tiene aplicaciones potenciales para usarse como catalizadores , al igual que el ARN tiene la capacidad de usarse como enzima . Los investigadores han demostrado que XNA es capaz de escindir y ligar ADN, ARN y otras secuencias de XNA, siendo la mayor actividad las reacciones catalizadas por XNA en moléculas de XNA. Esta investigación puede usarse para determinar si el papel del ADN y el ARN en la vida surgió a través de procesos de selección natural o si fue simplemente una coincidencia. [15]
Ver también
- Análogo de ácido nucleico
- Xenobiología
Referencias
- ^ Schmidt M (2012). Biología sintética . John Wiley e hijos. págs. 151–. ISBN 978-3-527-65926-5. Consultado el 9 de mayo de 2013 .
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