Los científicos pueden leer la secuencia de ADN más rápido que nunca. Pero su capacidad para escribir ADN no ha seguido el ritmo. Aquellos que desean ADN hecho a medida para propósitos como la biología sintética se conforman con cadenas cortas, sintetizadas en un proceso químico lento y costoso.
Eso parece estar listo para cambiar. Hoy, investigadores de una empresa francesa de biotecnología anunciaron en una reunión de biología sintética en San Francisco, California, que al usar parientes cercanos de las enzimas de escritura de ADN en seres vivos, pueden construir cadenas de ADN de hasta 150 “letras” o nucleótidos. bases Eso es un récord de 50 nucleótidos hace apenas unos meses, y casi a la par con el enfoque químico estándar.
"Este es un hito importante", dice George Church, genetista de la Escuela de Medicina de Harvard en Boston, que no participó en el trabajo y está trabajando para desarrollar técnicas similares. El resultado coloca la síntesis enzimática de ADN "en una curva que parece crecer exponencialmente". Si lo hace, dicen Church y otros, los investigadores que quieran crear nuevos genomas o usar el ADN para archivar grandes cantidades de información pronto tendrán fragmentos de ADN más largos y más rápidos. más barato.
Aunque la síntesis química tradicional de ADN se ha miniaturizado y automatizado, la técnica subyacente, conocida como química de la fosforamidita, prácticamente no ha cambiado desde que se desarrolló a principios de los años ochenta. Implica agregar bases de nucleótidos de una en una, cada una cubierta con un grupo protector que evita que reaccione para extender la hebra hasta que los científicos retiren la tapa y agreguen la siguiente base.
El enfoque no es perfecto. Con cada letra agregada, hay un 0.5 % de probabilidad de error. Cuanto más larga sea la cadena, mayor será la posibilidad de que contenga un error, lo que limitará efectivamente las cadenas de ADN a unas 300 bases de longitud. Como resultado, los investigadores que esperan escribir genes que contienen miles de letras deben unir laboriosamente los fragmentos. La síntesis enzimática promete hacerlo mejor al cooptar las polimerasas, las enzimas que los seres vivos utilizan para unir los nucleótidos en secuencias largas, prácticamente sin errores.
Aunque los esfuerzos de síntesis enzimática de ADN comenzaron solo en esta década, aproximadamente media docena de compañías están trabajando en el enfoque, según Church. Otros están impulsando el almacenamiento de datos y las aplicaciones biomédicas para que estén listas cuando las tasas de impresión de ADN mejoren. Según Michael Kamdar, CEO de Molecular Assemblies, una compañía de síntesis enzimática de ADN en San Diego, California, el mercado de la síntesis química tradicional de ADN hoy en día es de aproximadamente $ 1 mil millones al año. El mercado para el almacenamiento de datos supera los $ 14 mil millones, aunque el ADN probablemente se adapte a solo una pequeña fracción. "En los próximos 2 o 3 años verá aplicaciones en el mercado con síntesis enzimática de ADN, si no lo hacemos nosotros, entonces alguien más", dice Sylvain Gariel, cofundador y director de operaciones de DNA Script en París.
El cambio de la síntesis química a las polimerasas ha traído desafíos. En las células vivas, la mayoría de las polimerasas comienzan con una hebra de plantilla y crean una complementaria, emparejando Como con Ts y Gs con Cs. Una polimerasa de especialidad en las células inmunitarias, llamada desoxinucleotidil transferasa terminal (TdT), funciona sin una plantilla, lo que la convierte en la opción más común de los científicos para la síntesis enzimática. Sin embargo, debido a que TdT agrega nuevas letras de ADN al azar, los investigadores han tenido que encontrar formas de forzarlo para que agregue solo la letra deseada, una a la vez. El equipo de Gariel lo hace equipando cada base de ADN con un grupo protector patentado que, como en la síntesis química, evita que TdT agregue más de una letra a la vez a la cadena en crecimiento. Una vez que se agrega la letra correcta y se elimina su grupo protector, el ciclo se repite. Según Gariel,
"Eso es genial", dice William Efcavitch, cofundador y director científico de Molecular Assemblies. Esa velocidad y precisión, junto con las hebras de 150 nucleótidos, hacen que la síntesis enzimática esté casi a la par con el ciclo de 5 a 10 minutos de la síntesis de ADN con fosforamidita convencional.
Muchos expertos creen que el enfoque enzimático tiene mucho margen de mejora. "El potencial de la síntesis enzimática supera con creces la síntesis química", dice Kamdar. En última instancia, el director general de DNA Script, Thomas Ybert, dice que espera que su compañía escriba hebras de 1000 bases en un día. La compañía también espera comenzar a vender sintetizadores de ADN enzimáticos automatizados para principios de 2020.
Tales mejoras podrían reducir el costo de escribir ADN en una o dos órdenes de magnitud, predice Efcavitch. Eso haría que a los biólogos sintéticos les resulte más fácil y económico diseñar y probar nuevos genes para desarrollar todo, desde nuevos catalizadores hasta medicamentos. También podría revolucionar el almacenamiento de datos de ADN, que, en teoría, podría capturar toda la información del mundo en un volumen más pequeño que una maleta.
Durante los últimos años, tales aplicaciones parecían fantasiosas, porque la síntesis enzimática de ADN rápida y barata parecía sobre el horizonte. Kamdar dice: "La realidad ahora es que el horizonte está aquí".
Traducción: Cecilia González P.
Publicado: 11 de octubre de 2018
Fuente: Science Magazine
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