L’ADN amplia el seu alfabet genètic fins a vuit lletres

L’ADN s’escriu amb quatre lletres conegudes com a bases. Un equip d’investigadors ha desenvolupat un ADN de vuit lletres que pot tenir aplicacions en l’emmagatzematge de dades
CARL ZIMMER / THE NEW YORK TIMES

El 1985 el químic Steven A. Benner es va asseure amb uns quants col·legues i una llibreta a les mans i va esbossar una manera d’ampliar l’alfabet de l’ADN. D’ençà d’aquell moment, ha dedicat els seus esforços a mirar de fer realitat aquells esbossos. El 21 de febrer el Dr. Benner i un equip de científics van anunciar que havien reeixit: en un article publicat a la revista Science afirmaven que havien duplicat el nombre de caràcters de l’alfabet genètic.

De quatre a vuit bases

L’ADN natural s’escriu amb quatre lletres diferents que es coneixen amb el nom de bases: la A, la C, la G i la T, que corresponen, respectivament, a les molècules d’adenina, citosina, guanina i timina. Però el Dr. Benner i els seus companys han format ADN a partir de vuit bases (quatre de naturals i quatre de no naturals) i han batejat el seu nou sistema amb el nom d’ADN Hachimoji ( hachi significa “vuit” en japonès, mentre que moji vol dir “lletra”).Formar les quatre bases noves inexistents a la natura ha sigut una autèntica gesta química. Perquè aquestes quatre noves bases artificials encaixen perfectament en la doble hèlix de l’ADN i els enzims són capaços de llegir-les amb la mateixa facilitat que llegeixen les bases naturals amb l’objectiu de produir molècules. “Hi podem fer tot el que és necessari per a la vida”, afirma el Dr. Benner, que actualment és un investigador distingit de la Fundació per a l’Evolució Molecular Aplicada de Florida (FfAME, per les seves sigles en anglès).

L’ADN Hachimoji podria tenir aplicacions múltiples. Una de les més interessants és que podria convertir-se en una manera molt més perdurable d’emmagatzemar dades digitals, que es podrien conservar durant segles. “En aquest sentit, té el potencial de ser una bomba”, comenta el Dr. Nicholas V. Hud, un bioquímic de l’Institut Tecnològic de Georgia que no ha participat en l’estudi.

A més d’això, el treball convida a reflexionar profundament sobre la naturalesa de la vida en altres punts de l’univers, atès que planteja la possibilitat que l’ADN de quatre bases que coneixem no sigui l’única possibilitat química que serveixi per construir els fonaments de la vida.

Substituir la A, la C, la G i la T

Les quatre bases naturals de l’ADN estan fixades en esquelets moleculars. Si un parell d’esquelets es poden unir per formar una doble hèlix és gràcies al fet que les seves bases s’atreuen i s’acoblen amb els respectius àtoms d’hidrogen. Val a dir, però, que les bases no s’enllacen de manera aleatòria. La C només es pot unir amb la G i la A només es pot acoblar amb la T. Aquestes normes tan estrictes contribueixen a garantir que les cadenes d’ADN no s’acoblin a la babalà i acabin formant un garbuix. Així, doncs, l’ADN natural sempre conserva la seva forma amb independència de la seqüència de bases que contingui.

Tot i això, aquestes quatre bases no són els únics compostos que poden adherir-se a una altra base i unir-se, per tant, a l’esquelet de l’ADN, almenys hipotèticament. De fet, el Dr. Benner i els seus col·legues van imaginar una dotzena d’alternatives, i Benner, que llavors treballava a la universitat suïssa ETH de Zuric, va intentar fer realitat algunes d’aquestes bases imaginàries. “Evidentment, el primer que descobreixes és que la teva teoria sobre el disseny no és precisament impecable”, comenta. Quan ell i el seu equip van combinar àtoms reals fixant-se en els seus dissenys, les bases artificials no van funcionar com el científic esperava.

Això no obstant, les primeres incursions del Dr. Benner van impressionar altres químics. “La seva feina em va resultar d’allò més inspiradora”, explica Floyd E. Romesberg, que actualment treballa a l’Institut de Recerca Scripps de San Diego. Després de llegir articles sobre els primers experiments del Dr. Benner, el Dr. Romesberg va decidir provar de crear les seves pròpies bases. Ell, en lloc de crear bases unides per enllaços d’hidrogen, va concebre un parell de compostos oliosos que repel·lien l’aigua i que servien per enllaçar el seu parell no natural de bases. “L’oli no es barreja amb l’aigua, però sí amb l’oli”, diu el Dr. Romesberg.

Una nova bioquímica

El Dr. Romesberg i els seus col·legues van dedicar els següents anys a crear enzims que poguessin copiar tant l’ADN format a partir de bases naturals com el format a partir de bases no naturals olioses. El 2014 els científics van dissenyar bacteris capaços de fer còpies noves d’aquests gens híbrids. En els últims anys l’equip del Dr. Romesberg ha començat a crear proteïnes no naturals a partir d’aquests gens no naturals i ell ha fundat una empresa, Synthorx, per desenvolupar algunes d’aquestes proteïnes a fi d’usar-les com a medicament contra el càncer.

Paral·lelament, el Dr. Benner prosseguia els seus experiments. Amb el seu equip, va aconseguir crear un parell de bases noves i, igual que el Dr. Romesberg, va trobar una aplicació per al seu ADN no natural: el seu ADN de sis bases va esdevenir el fonament d’una nova prova sensible que serveix per detectar virus en mostres de sang. Més endavant, l’equip va crear un segon parell de bases noves. Amb vuit bases amb les quals jugar, els investigadors van començar a formar molècules d’ADN amb diverses seqüències diferents. Es van adonar que, amb independència de la seqüència que creessin, les molècules sempre acabaven formant la mateixa doble hèlix de rigor.

Pel fet de conservar aquesta forma, l’ADN Hachimoji pot comportar-se com ADN normal: és capaç d’emmagatzemar informació que es pot llegir per formar una molècula. Per a una cèl·lula, el primer pas per crear una molècula és llegir un gen mitjançant uns enzims especials i fer-ne una còpia en una versió de l’ADN d’una sola cadena anomenada ARN. En funció de com sigui el gen, la cèl·lula farà una de dues coses amb l’ARN. En alguns casos, emprarà l’ARN de guia per formar una proteïna. En altres casos, la molècula d’ARN es desprendrà per acomplir una tasca per ella mateixa.

Doncs bé, el Dr. Benner i els seus col·legues van crear un gen Hachimoji per formar una molècula d’ARN. Van predir que la molècula d’ARN podria captar una molècula anomenada fluoròfor. Sostingut per la molècula d’ARN, el fluoròfor absorbiria la llum per emetre-la posteriorment en forma de brillantor verda. Andrew Ellington, enginyer evolutiu de la Universitat de Texas, va liderar els esforços per trobar un enzim capaç de llegir l’ADN Hachimoji. Amb el seu equip, en va trobar un de prometedor que estava produït per un virus i el van anar retocant fins que l’enzim va ser capaç de llegir totes vuit bases amb facilitat. Aleshores van barrejar l’enzim amb el gen Hachimoji en tubs d’assaig i, tal com esperaven, els tubs van començar a emetre una lluentor verda. “Aquí ho tens: del principi a la fi -diu el Dr.Benner-. Podem emmagatzemar informació, transmetre-la a una altra molècula i que aquesta altra molècula acompleixi una funció: vet-ho aquí, brillar”.

Desar la informació del futur

En un futur, l’ADN Hachimoji podria emmagatzemar informació d’un tipus radicalment diferent. Algun dia podria arribar a codificar una pel·lícula o un full de càlcul. Actualment, se solen emmagatzemar les pel·lícules, els fulls de càlcul i altres arxius digitals en xips de silicona o cintes magnètiques. Aquests mètodes d’emmagatzematge, però, tenen deficiències greus. Per exemple, es poden deteriorar en només uns quants anys. L’ADN, per contra, pot conservar-se intacte durant segles. L’any passat investigadors de Microsoft i de la Universitat de Washington van aconseguir codificar en un conjunt de molècules d’ADN 35 cançons, vídeos, documents i altres fitxers que sumaven un total de 200 megabytes. L’ADN Hachimoji, pel fet de disposar de vuit bases en comptes de quatre, podria arribar a codificar molta més informació. “¿Un ADN amb el doble de capacitat d’emmagatzematge? Des del meu punt de vista, seria una passada”, fa el Dr. Ellington.

A banda de satisfer la necessitat actual d’emmagatzemar informació, l’ADN Hachimoji també ens podria aportar coneixement rellevant sobre la vida. Els científics s’han preguntat durant molt de temps si l’evolució va portar el nostre ADN a estar format només per quatre bases perquè eren les úniques que poden funcionar en els gens. ¿Podria haver anat per un altre camí la vida? “El treball de l’Steve aporta arguments sòlids per afirmar que podria; l’únic que passa és que no ho va fer”, conclou el Dr. Romesberg.

L’ADN COM A MAGATZEM D’INFORMACIÓ

El famós físic Richard Feynman ja va proposar fa mig segle que l’ADN es fes servir com a mitjà d’emmagatzematge. I això va ser molt abans de la revolució de la biologia molecular i dècades abans que s’aconseguís seqüenciar l’ADN, per no parlar d’editar-lo. En una conferència pronunciada el 1959, Feynman va dir: “La biologia no consisteix simplement en emmagatzemar informació, consisteix en fer-ne alguna cosa. Plantegeu-vos la possibilitat que nosaltres també féssim una cosa molt petita que poguéssim utilitzar per al que volguéssim!” “[La idea de Feynman] Ens va obrir un nou horitzó: ens va assenyalar el camí”, comenta Leonard Adleman, matemàtic de la University of Southern California. El 1994 Adleman va informar que havia emmagatzemat dades en una cadena d’ADN, que havia fet servir com a ordinador per resoldre un problema de matemàtiques. Va arribar a la conclusió que l’ADN pot emmagatzemar un milió de milions de vegades més dades que un disc compacte al mateix espai. I l’emmagatzematge de dades s’està convertint en un problema cada vegada més preocupant. No només es generen quantitats molt elevades de dades, sinó que la tecnologia utilitzada per emmagatzemar-les de seguida esdevé obsoleta, com va passar amb els disquets. L’ADN no passa mai de moda. Segons Adleman: “Fa milers de milions d’anys que els organismes emmagatzemen informació a l’ADN, i encara és llegible”. Els bacteris actuals fins i tot poden llegir gens recuperats d’insectes que han estat atrapats en ambre durant milions d’anys.

Gina Kolata / The New York Times

  • Etiquetes

Més continguts de

Blogs de ciència