Pr\u00e1cticamente todos los organismos vivos construyen sus prote\u00ednas a partir de combinaciones de 20 amino\u00e1cidos diferentes. Para agregar nuevos amino\u00e1cidos a la mezcla, los cient\u00edficos han redise\u00f1ado genes y otras partes de la maquinaria de construcci\u00f3n de prote\u00ednas, lo que ha dado como resultado prote\u00ednas con propiedades qu\u00edmicas \u00fanicas \u00fatiles para fabricar medicamentos. Pero el trabajo es laborioso y, por lo general, solo se puede agregar un nuevo amino\u00e1cido a la vez.<\/p>\n\n\n\n
Ahora, los investigadores han abierto las compuertas para hacer mucho m\u00e1s. Informan hoy que una amplia reescritura del genoma de una bacteria les permite agregar numerosos amino\u00e1cidos nuevos a una prote\u00edna. El trabajo podr\u00eda abrir nuevas formas de sintetizar antibi\u00f3ticos y f\u00e1rmacos antitumorales.<\/p>\n\n\n\n
\u201cEstoy muy impresionado con este art\u00edculo\u201d, dice Chang Liu, bi\u00f3logo sint\u00e9tico de la Universidad de California en Irvine. “Es un hito importante en el arco de la reingenier\u00eda del c\u00f3digo gen\u00e9tico”.<\/p>\n\n\n\n
El nuevo esfuerzo ha estado en marcha durante d\u00e9cadas. Un enfoque temprano para crear prote\u00ednas de dise\u00f1o ha sido apoderarse de los componentes celulares productores de prote\u00ednas y hacer que inserten amino\u00e1cidos no naturales. Cuando las c\u00e9lulas producen prote\u00ednas, el c\u00f3digo de ADN de A, C, G y T se copia primero en ARN (en el que U reemplaza a T). El ARN se lee como una serie de palabras de tres letras, conocidas como codones, la mayor\u00eda de las cuales codifican uno de los 20 amino\u00e1cidos naturales que se insertan en la prote\u00edna. Pero como hay 64 codones de tres letras, hay duplicados: seis codones, por ejemplo, codifican el amino\u00e1cido serina. Tres codones no codifican un amino\u00e1cido; en cambio, instruyen a las c\u00e9lulas para que dejen de producir prote\u00ednas.<\/p>\n\n\n\n
Inicialmente, los investigadores insertaron amino\u00e1cidos no naturales haciendo que la maquinaria celular agregara uno cada vez que ve\u00eda un cod\u00f3n de parada en particular. Aunque este enfoque se ha vuelto m\u00e1s sofisticado, generalmente solo puede insertar un amino\u00e1cido por prote\u00edna, dice Jason Chin, bi\u00f3logo sint\u00e9tico del Laboratorio de Biolog\u00eda Molecular del Consejo de Investigaci\u00f3n M\u00e9dica.<\/p>\n\n\n\n
Con la esperanza de agregar m\u00e1s, Chin y sus colegas buscaron reutilizar dos de los seis codones que normalmente codifican la serina. En un estudio de 2019, los investigadores utilizaron la herramienta de edici\u00f3n de genes CRISPR-Cas9 para crear una cepa de Escherichia coli<\/em> conocida como Syn61. Para hacerlo, reemplazaron m\u00e1s de 18,000 codones de serina en el genoma de 4 millones de bases de la bacteria. Los investigadores reemplazaron UCG y UCA, y el cod\u00f3n de terminaci\u00f3n UAG, con sus “sin\u00f3nimos”, AGC, AGU y UAA, respectivamente. Eso significaba que la serina a\u00fan se incorporar\u00eda en los puntos correctos de las prote\u00ednas en crecimiento de Syn61. Pero los codones UCG, UCA y UAG ahora eran efectivamente “blancos” que ya no codificaban nada en la prote\u00edna y, por lo tanto, estaban listos para ser reutilizados.<\/p>\n\n\n\n Esa reutilizaci\u00f3n es lo que han logrado Chin y sus colegas. Trabajando con Syn61, los cient\u00edficos eliminaron genes de mol\u00e9culas llamadas ARN de transferencia (ARNt) que reconocen UGC y UCA e insertan serina en una prote\u00edna en crecimiento. Tambi\u00e9n eliminaron el compuesto qu\u00edmico que desactiva la s\u00edntesis de prote\u00ednas en respuesta al cod\u00f3n de parada UAG. Luego, los investigadores volvieron a agregar genes con ARNt novedosos que insertar\u00edan amino\u00e1cidos no naturales cada vez que encontraran UGC, UCA o UAG. Finalmente, volvieron a escribir esos codones en el genoma donde quer\u00edan que aparecieran amino\u00e1cidos no naturales. Eso les permiti\u00f3 agregar tres amino\u00e1cidos no naturales a la vez en prote\u00ednas individuales, informan los investigadores hoy en Science. Tambi\u00e9n podr\u00edan escribir varias copias de cada uno.<\/p>\n\n\n\n \u201cRealmente tuvo un impacto\u201d, dice Abhishek Chatterjee, bi\u00f3logo sint\u00e9tico del Boston College. Los cambios permitieron a Chin y sus colegas unir los nuevos amino\u00e1cidos en una serie de estructuras c\u00edclicas que se asemejan mucho a los antibi\u00f3ticos y f\u00e1rmacos antitumorales existentes. Y debido a que hay docenas de diferentes amino\u00e1cidos no naturales para elegir, se podr\u00edan insertar innumerables combinaciones de esta manera. Eso abre la puerta a la creaci\u00f3n de vastas bibliotecas de posibles nuevos medicamentos, dice Chatterjee. Chin agrega que los investigadores tambi\u00e9n pueden extender la estrategia para reutilizar otros codones redundantes para agregar a\u00fan m\u00e1s amino\u00e1cidos nuevos, y m\u00e1s variedad qu\u00edmica, a la mezcla.<\/p>\n\n\n\n Quiz\u00e1s igual de interesante, dice Liu, fue lo que los cambios gen\u00e9ticos al por mayor significaron para los virus que normalmente infectan a E. coli<\/em>. En 2013, los investigadores informaron que la reingenier\u00eda de los codones de parada de E. coli<\/em> podr\u00eda interrumpir la capacidad de los virus para replicarse. Eso ocurri\u00f3 porque los virus dependen de los codones naturales de E. coli<\/em> para producir prote\u00ednas funcionales. La estrategia no fue infalible para detener las infecciones virales, porque los codones de parada no ocurren con tanta frecuencia y algunos virus pudieron evolucionar para evitar los cambios.<\/p>\n\n\n\n Pero los virus generalmente requieren muchas m\u00e1s serinas en cada prote\u00edna. Debido a que el Syn61 modificado ya no insertaba serina cuando su maquinaria de construcci\u00f3n de prote\u00ednas le\u00eda los codones UCG o UCA, los virus no pod\u00edan hacer que Syn61 construyera prote\u00ednas virales funcionales, evitando as\u00ed que se reproduzcan en las c\u00e9lulas bacterianas.<\/p>\n\n\n\n “Esto parece mucho m\u00e1s s\u00f3lido” que el enfoque anterior, dice Liu. Eso, agrega, podr\u00eda ser una bendici\u00f3n para las empresas de biotecnolog\u00eda que buscan salvaguardar organismos dise\u00f1ados que producen medicamentos u otros qu\u00edmicos valiosos.<\/p>\n\n\n\n