Todo lo que tiene vida que conocemos en la Tierra —cerdos, pandas, peces, bacterias y todo lo demás— tiene información genética codificada de la misma forma, con el mismo alfabeto biológico.
Ahora, por primera vez, los científicos han demostrado que es posible alterar ese alfabeto y aún tener un organismo vivo que transmita la información genética. Ellos reportaron sus hallazgos en la revista Nature.
«Esta es la primera demostración experimental que la vida puede existir con información que no está codificada de la forma que lo hace la naturaleza», dijo Floyd Romesberg, profesor asociado de química del Instituto de Investigación Scripps en La Jolla, California.
La medicina puede beneficiarse mucho de este descubrimiento, dijo Romesberg. Hay posibilidad de obtener mejores antibióticos y tratamientos para una gran cantidad de enfermedades para las que el desarrollo de medicamentos ha sido un reto, incluyendo los tipos de cáncer.
Los hallazgos también sugieren que el ADN, tal como lo conocemos en la tierra, podría no ser la única solución de codificación para la vida, dijo Romesberg. Podrían existir otros organismos en algún otro lugar del espacio que utilizan letras genéticas que nunca hemos visto, o que no utilizan ADN en absoluto.
¿Es esto vida extraterrestre? No», dijo. «¿Eso sugiere que podrían existir otras maneras de almacenar información? Sí».
Cómo lo hicieron
Para sus experimentos genéticos, Romesberg y sus colegas utilizaron moléculas, llamada X y Y, que son completamente diferentes de los cuatro componentes básicos del ADN.
Normalmente, el código genético consiste de cuatro bases de nucleótidos: adenina (A), citosina (C), guanina (G) y timina (T). En el ADN, la guanina siempre se une con la citosina y la adenina con la timina.
Cada par se mantiene unido por enlaces de hidrógeno, lo cual significa que la parte cargada negativamente de una molécula se adhiere a la parte cargada positivamente de otra, a través de un átomo de hidrógeno compartido. James Watson, Francis Crick y Maurice Wilkins compartieron el Premio Nobel por haber comprendido que estas moléculas crean una forma de hélice de doble cadena.
El enlace X-Y es muy diferente: estas moléculas son hidrofóbicas -al igual que el aceite, no se disuelven en agua.
«Las fuerzas que subyacen en el nuevo emparejamiento son completamente diferentes a las que la naturaleza utiliza», dijo Romesberg.
En primer lugar, los investigadores sintetizaron unas 300 diferentes variantes genéticas que podrían ser portadoras potenciales de información. Finalmente terminaron obteniendo moléculas X y Y que, en un tubo de ensayo, parecían haberse reproducido bien.
Introducir estas moléculas en una célula y lograr que la célula se reprodujera con las moléculas de ADN no naturales fue incluso más complicado.
«Esta hazaña no fue nada fácil», escribieron los biólogos Ross Thyer y Jared Ellefson, de la Universidad de Texas en Austin, en un comentario que acompaña al artículo de la revista Nature.
Los científicos utilizan la bacteria Escherichia coli para demostrar que X y Y pueden ser transmitidas exitosamente de una generación a otra. El E. coli es un organismo al que se le puede introducir ADN extraño de forma fácil, dijo Romesberg.
Algo esencial para el proceso fue una proteína transportadora, la cual insertaría X y Y en la célula al autoensamblarse en la membrana de la célula.
Los científicos insertaron un gen que codifica para la proteína transportadora en la célula. Luego le dieron un elemento del ADN con las moléculas X y Y.
Uno de los aspectos más notables de los experimentos es que la bacteria se reprodujo más o menos 23 veces, transmitiendo las moléculas genéticas X y Y, y permanece completamente saludable, dijo Romesberg.
El proceso de ensamblar la proteína hace más lento el crecimiento de bacterias, pero Romesberg y sus colegas han descubierto que pueden reducir el efecto al inducir menos de esta proteína. Ellos han reducido el atraso a casi cero.
«Este trabajo representa una importante transición de los sistemas artificiales a los organismos vivos y constituye la base para una investigación muy interesante», dijo Thyer en un correo electrónico.
Próximos pasos
Gracias a este estudio, ahora es posible contar con una célula que no solo tiene dos pares genéticos base, sino tres. Eso significa que hay más información en ella.
«Tenemos que ser capaces de recuperar dentro de una célula esa mayor información que está almacenada», dijo Romesberg.
Quizás recuerdes de las clases de biología que los genes de ADN se transfieren a ARN y que las proteínas se basan en el código de ARN. El siguiente paso en la investigación de Romesberg es hacer proteínas que nunca se han hecho antes, utilizando genes artificiales.
Las proteínas han llegado a ser importantes en las terapias medicinales, dijo Romesberg.
Los medicamentos tradicionales son pequeñas moléculas que tienen que ser fabricadas sintéticamente, uno a la vez. Pero las proteínas, las cuales pueden ser grandes y complejas, son creadas por células en un período muy corto de tiempo.
«Debido a que están en una célula viva, puedes utilizar técnicas de evolución para desarrollar proteínas de interés que tengan las propiedades que desees; eso podría resultar en mejores medicamentos», dijo Romesberg.
Desafortunadamente, en la naturaleza solo existen 20 posibles bloques de construcción -llamados aminoácidos- para las proteínas.
Pero si los científicos pueden utilizar la información no natural almacenada en las células, según lo describe el artículo de Nature, podrían crear proteínas que no existían antes. La nueva técnica permite crear hasta 172 aminoácidos para construir proteínas.
Romesberg ha iniciado una pequeña compañía de biotecnología para explorar estos asuntos.