La replicación es un mecanismo natural que permite al ADN duplicarse. Esta replicación es la base de la vida, ya que permite a una molécula con información genética obtener espontáneamente réplicas de sí misma y formar así los componentes de un organismo.
Los investigadores alemanes, liderados por Hannes Mutschler, han conseguido crear un material genético sintético que tiene esa misma propiedad de los organismos vivos.
Este organismo sintético puede realizar la réplica del ADN y de la síntesis de sus proteínas a la misma vez, lo que significa que puede regenerar sus componentes moleculares, que son la primera piedra de cualquier organismo vivo.
Genoma modular
El sistema es capaz de leer y copiar genomas de ADN relativamente largos, algo que hasta ahora no se había conseguido, según los investigadores.
Para conseguirlo, reunieron los genomas artificiales de hasta once piezas de ADN y reprodujeron un genoma modular que consta de más de 116.000 pares de bases, alcanzando así la longitud del genoma de células muy simples.
El sistema químico así creado sintetiza proteínas basadas en un modelo de ADN incluido en el genoma modular.
Principalmente sintetiza unas proteínas, conocidas como ADN polimerasas, que replican el ADN usando nucleótidos, los componentes básicos del genoma.
Además de codificar las polimerasas que son importantes para la replicación del ADN, el genoma sintético contiene planos para sintetizar proteínas adicionales, como 30 factores de traducción que se originan de la bacteria Escherischia coli.
Estos factores de traducción procedentes de la Escherischia coli son esenciales para que el sistema químico imite los procesos bioquímicos que conducen a la replicación del ADN y la síntesis de proteínas.
Los investigadores comprobaron que el nuevo sistema de expresión in vitro no solo puede reproducir ADN, sino también producir sus propios factores de traducción que permitirán la síntesis proteica.
Producción continua
Según los investigadores, este logro constituye un paso importante para conseguir un sistema artificial de autorreplicación continua que imite los procesos biológicos.
Lo que se proponen ahora es añadir al genoma artificial segmentos de ADN adicionales, con la finalidad de producir un sistema más complejo que mantenga su capacidad de replicación con más nutrientes y sea capaz asimismo de eliminar los productos de desecho.
Esa futura célula artificial podría usarse, según los investigadores, en el campo de la biotecnología para producir a medida sustancias naturales e incluso para, mediante su replicación, alumbrar sistemas sintéticos todavía más complejos que el original, tal como ocurre en la genética biológica.
Lo que ha conseguido este equipo es significativo porque es la primera vez que se consigue sintetizar un sistema capaz de conservarse y reproducirse a partir de bloques de construcción inanimados.
Eso significa que se ha conseguido replicar la vida de la misma forma que se desarrolla en la naturaleza, siguiendo un modelo de ADN original que rige el desarrollo y funcionamiento de este sistema químico.
Según explican sus creadores en un artículo publicado en la revista Nature Communications, “nuestra plataforma optimizada de expresión libre de células podría proporcionar un chasis para la generación de un sistema de traducción in vitro parcialmente autorreplicante”.
Se trata de toda una proeza de la biología sintética, la disciplina que sintetiza biomoléculas para desarrollar mediante ingeniería sistemas biológicos dotados con funciones que no se encuentran en la naturaleza, que aproxima la química a la biología y permite pensar en prometedoras aplicaciones en medicina, medio ambiente y la industria.
In vitro self-replication and multicistronic expression of large synthetic genomes. Libicher K. et al. Nature Communications, 11, 904 (2020). DOI :https://doi.org/10.1038/s41467-020-14694-2