Un equipo de científicos dirigido por la Universidad de Southampton ha demostrado un nuevo método innovador de síntesis de genes: una herramienta de investigación vital con aplicaciones en el mundo real en todo, desde el cultivo de órganos trasplantables hasta el desarrollo de tratamientos para el cáncer.
Los métodos actuales para sintetizar genes hacen un uso extensivo de enzimas (catalizadores biológicos naturales) para conectar cadenas cortas de ADN para formar las cadenas más grandes que componen los genes.
Estos métodos se han utilizado para ensamblar cadenas de ADN muy largas, como el genoma de un organismo (su conjunto completo de genes), pero están limitados debido a su dependencia de las enzimas. Una de las principales deficiencias es que no permiten la incorporación de información epigenética en sitios específicos del ADN, una capa secundaria de información genética que controla la expresión (el ‘encendido’ o ‘apagado’) de los genes en las células.
La información epigenética juega un papel importante en varios procesos biológicos, incluidas enfermedades como el cáncer, lo que significa que el acceso a genes modificados epigenéticamente es crucial para una mejor comprensión de la enfermedad y sus posibles tratamientos.
En un estudio publicado en la revista Nature Chemistry , científicos de la Universidad de Southampton, en colaboración con socios de la Universidad de Oxford y ATDBio (una empresa de síntesis de ADN con sede en Southampton y Oxford), demuestran un método puramente químico para el ensamblaje de genes que supera las limitaciones de los métodos existentes.
El nuevo enfoque se basa en una reacción química rápida y eficiente (la reacción de cicloadición de alquino-azida catalizada por cobre) conocida como química clic para unir múltiples fragmentos de ADN modificados en un gen (un proceso llamado ligación de ADN clic).
El ADN de enlace por clic crea “cicatrices” en la columna vertebral del ADN, pero el trabajo anterior del equipo ha demostrado que la función de la hebra de ADN resultante en bacterias y células humanas no se ve afectada.
Ali Tavassoli, profesor de Biología Química en la Universidad de Southampton, quien dirigió el estudio, dijo: “Nuestro enfoque es un avance significativo en la síntesis de genes. No solo hemos demostrado el ensamblaje de un gen utilizando química de clic, sino que también hemos demostrado que la hebra de ADN resultante es completamente funcional en bacterias, a pesar de las cicatrices formadas al unir fragmentos.
“La síntesis del genoma jugará un papel cada vez más importante en la investigación científica. Creemos que nuestro enfoque puramente químico tiene el potencial de acelerar significativamente los esfuerzos en esta área de vital importancia y, en última instancia, conducir a una mejor comprensión de los sistemas biológicos”.
El enfoque químico también significa que la síntesis de grandes cadenas de ADN podría acelerarse en gran medida y permitir que se produzcan mayores cantidades de un solo gen. También podría permitir que el proceso se automatice, reduciendo potencialmente el tiempo y el costo involucrados.
El coautor del estudio, el profesor Tom Brown, de la Universidad de Oxford, quien también es profesor invitado en la Universidad de Southampton, comentó: “La síntesis de genes modificados químicamente, que hemos logrado mediante un nuevo enfoque radical, será cada vez más importante a medida que se aclaran los efectos del ADN modificado epigenéticamente sobre la expresión génica.
“Comenzamos el trabajo de base en la ligadura de clic hace más de 10 años, por lo que es muy satisfactorio estar ahora en la etapa en la que podemos demostrar este nuevo enfoque viable y altamente efectivo para la síntesis de genes”.
El trabajo fue apoyado por el Consejo de Investigación en Biotecnología y Ciencias Biológicas (BBSRC).
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