.jpg) |
Representació d'una molècula d'ADN amb una proteïna al fons. Vink Fan/Shutterstock |
Un descobriment inesperat està obligant a ampliar alguns dels principis clàssics de la biologia molecular. Investigadors de la Universitat de Stanford, als Estats Units, han descrit un mecanisme completament nou de síntesi d'ADN que fins ara semblava impossible: una proteïna capaç de fabricar ADN sense utilitzar una plantilla prèvia d'ADN o ARN.
La troballa sorgix de l'estudi de la guerra que mantenen des de fa milions d'anys els bacteris contra els virus que les infecten, coneguts com bacteriòfags. I encara que no derroca les bases de la biologia molecular, sí que afig un nou capítol fascinant a la nostra comprensió de com pot generar-se informació genètica.
Com es fabrica normalment l'ADN
Fins ara, els llibres de biologia ensenyaven que per a construir una molècula d'ADN era imprescindible copiar una seqüència genètica prèvia. És a dir, la síntesi d'ADN sempre requeria un motle sobre el qual treballar.
En este procés participen nombroses proteïnes especialitzades. En primer lloc, una helicasa actua com una cremallera molecular que separa els dos brins d'ADN, mentres que la girasa evita que la molècula s'embulle durant l'obertura. Altres proteïnes estabilitzen els brins separats per a impedir que tornen a unir-se.
Després entra en acció la primasa, que col·loca un xicotet fragment d'ARN anomenat engreixador. Eixe engreixador servix com a punt d'inici per a la ADN polimerasa, l'enzim encarregat de construir el nou bri afegint nucleòtids (les “lletres” de l'ADN) i seguint estrictament la seqüència del bri original. Finalment, la ligasa unix els fragments generats i forma una doble hèlice contínua.
La idea fonamental sempre ha sigut la mateixa: les polimerases necessiten copiar una plantilla preexistent. Sense motle, no hi ha síntesi ordenada d'ADN.
En biologia no existixen els dogmes absoluts
No obstant això, la biologia està plena d'excepcions sorprenents. Ja sabíem que la informació de l'ADN es copia en una molècula d'ARN (la transcripció) i viceversa (l'ARN pot retrotranscribirse a ADN); que unes certes molècules d'ARN poden autoreplicar-se i fins i tot actuar com a enzims –els ribozimas– o que algunes proteïnes, com els prions, poden canviar l'estructura d'altres proteïnes. Ara, este nou estudi descriu alguna cosa que mai s'havia observat: una proteïna la pròpia estructura de la qual física servix com a plantilla per a sintetitzar ADN.
Els investigadors estudiaven un sistema antiviral bacterià anomenat DRT3 (Defense-associated reveure's Transcriptase 3), format per dos transcriptases inverses no convencionals, Drt3a i Drt3b, juntament amb un xicotet ARN no codificant, la informació del qual no es traduïx en proteïna.
El sistema va ser identificat en el bacteri Escherichia coli, encara que posteriorment es van detectar homòlegs de DRT3 en nombrosos grups bacterians –almenys vint distints–, la qual cosa suggerix que este mecanisme podria estar molt estés en la naturalesa i haver evolucionat fa milions d'anys com a estratègia de defensa enfront de virus.
Una proteïna que actua com a pla de construcció
El revolucionari del descobriment és el comportament de Drt3b. Mentres les transcriptases inverses convencionals copien una seqüència d'ARN per a fabricar ADN, Drt3b és capaç de sintetitzar ADN sense utilitzar cap plantilla d'àcid nucleic. En lloc de copiar ADN o ARN, la proteïna utilitza directament la disposició espacial dels seus propis aminoàcids per a determinar quin nucleòtid ha d'afegir-se. És a dir, actua simultàniament com a ferramenta i com a pla de construcció: una síntesi d'ADN guiada només per proteïnes.
No obstant això, el descobriment no significa que les proteïnes puguen transmetre informació genètica complexa a l'ADN com fan normalment els éssers vius. Drt3b té limitacions importants: només és capaç de fabricar xicotetes cadenes repetitives compostes per adenina i citosina (les lletres A i C de l'ADN). No pot sintetitzar seqüències generals d'ADN ni copiar gens complets.
Però, així i tot, el fet que una proteïna puga dirigir directament la formació d'ADN sense motle extern constituïx una cosa completament nova i sorprenent. El nou estudi amplia enormement el repertori conegut d'estratègies moleculars utilitzades per la vida i suggerix que encara podrien existir mecanismes bioquímics fonamentals completament desconeguts.
Per a què servix este sistema en els bacteris?
Encara no es comprén del tot com utilitza el bacteri este sistema DRT3 per a defendre's dels bacteriòfags, encara que els investigadors plantegen diverses hipòtesis. En primer lloc, les cadenes repetitives d'ADN podrien actuar com a “esponges moleculars”, atrapant proteïnes virals essencials per a la multiplicació del virus. També podrien interferir directament amb diferents processos del cicle infecciós del virus.
L'important és que estos sistemes antivirals microbians funcionen com a autèntics laboratoris evolutius d'innovació bioquímica. Moltes de les ferramentes més revolucionàries de la biotecnologia moderna han sorgit precisament de l'estudi d'eixos mecanismes protectors.
L'exemple més famós és CRISPR: el que inicialment era un sistema natural de defensa bacteriana contra virus va acabar convertint-se en una ferramenta revolucionària d'edició genètica, utilitzada hui en medicina, investigació i biotecnologia.
Possibles aplicacions futures
Encara que este descobriment es troba encara en una fase molt bàsica, obri un camp enorme d'aplicacions. Drt3b podria inspirar el disseny de nous enzims polimerases programables capaces de sintetitzar ADN sense necessitat de motles convencionals. També podria conduir a noves estratègies antivirals, noves ferramentes de biologia sintètica i fins i tot aplicacions futures en computació molecular.
A més, la troballa planteja preguntes profundes sobre l'evolució molecular i l'origen mateix de la vida. Si existixen proteïnes capaces de dirigir síntesis genètiques sense ADN ni ARN motle, potser la diversitat de mecanismes bioquímics de la vida és molt major del que imaginem.
Comprendre exactament com funciona DRT3 permetrà explorar millor l'evolució dels sistemes de defensa microbians i descobrir fins a on pot arribar la creativitat molecular de la naturalesa.
Una versió d'este articule ha sigut publicada en el blog microbi de l'autor.
Ignacio López-Goñi, Catedràtic de Microbiologia. Membre de la Societat Espanyola de Microbiologia (SEM), Universitat de Navarra
Este article va ser publicat originalment en The Conversation. Llija el original.
* Ho pots llegir perqué som Creative Commons