Toda nuestra vida se halla en el código genético, desde nuestra apariencia hasta las enfermedades que acabamos desarrollando con el paso del tiempo. La ciencia ha intentado descifrar sin descanso los mecanismos detrás de las instrucciones que contiene un gen y cómo éstas limitan nuestras células, pero solo un equipo ha logrado entender su funcionamiento jugando con la síntesis de proteínas.
Su trabajo marca ahora un éxito temprano pero clave en los esfuerzos por hackear el código genético. Pero alterar el aparato celular para construir proteínas más resistentes y poderosas no es tarea fácil. Es por eso que aquí intentaremos explicar qué están haciendo los científicos con la fórmula de la vida y con qué fin.
De estudiar proteínas a fabricarlas
La información genética que compone a los seres vivos se transporta en un código que especifica solo 20 aminoácidos. Los aminoácidos son los componentes básicos de las proteínas, y hacen la mayor parte del trabajo pesado en la célula. Por ejemplo, sus cadenas laterales gobiernan el plegamiento, las interacciones y las actividades químicas de las proteínas.
Sin embargo, estas sustancias están limitadas por las cadenas laterales disponibles. Es gracias a esto que la naturaleza restringe efectivamente los tipos de reacciones que pueden realizar nuestras proteínas.
Lo que están haciendo los científicos es, esencialmente, expandir esa limitación haciendo pequeños ajustes durante la transcripción genética. En este proceso, las instrucciones del ADN se copian en el ARN, que luego se traduce en proteínas en una máquina molecular llamada ribosoma.
Los aminoácidos llegan al ribosoma mediante ARN de transferencia (ARNt), cada uno como una palabra, o codón, del código genético. Una vez allí, las enzimas conocidas como aminoacil-tRNA sintetasas acoplan el tRNA a su aminoácido afín.
Para dotar a nuestras proteínas de nuevos poderes, los científicos idearon una forma de reutilizar un codón de parada para insertar un nuevo aminoácido en una cadena peptídica. De esta manera, lograron optimizar las moléculas para que fueran selectivas al nuevo aminoácido.
“La gente pensó que sería muy, muy difícil de hacer. Afortunadamente, fuimos lo suficientemente ingenuos como para pensar que podíamos hacerlo”.
Peter Schultz, presidente de Scripps Research en La Jolla, California
¿Por qué la ciencia hackea las proteínas del código genético?
La curiosidad humana fue el motor de este campo de estudio, pero no es lo único que lo mantiene a flote. Con el hackeo del código genético, los científicos pretenden desarrollar productos bioterapéuticos y terapias utilizando solo aminoácidos no naturales.
El equipo de Schultz y otros han empleado este enfoque para codificar genéticamente más de 200 aminoácidos en proteínas, proporcionando así una poderosa herramienta para estudiar la estructura y función de estas moléculas. Al menos en gusanos nematodos, moscas de la fruta, plantas y ratones, que son los principales sujetos de prueba.
Se ha demostrado que alterar el ARNt sintetasa del aminoácido pirrolisina para incorporar un aminoácido llamado alquino lisina N6, por ejemplo, permite activar y desactivar los genes en las células cerebrales de los ratones. De igual forma, estudios en E.coli han descubierto que crear variantes de homoserina O-succiniltransferasa, una enzima involucrada en la biosíntesis del aminoácido metionina, hace que estos insectos mantengan una temperatura estable 21 °C por encima del rango típico.
Puede que estas hazañas científicas parezcan innecesarias ya que no están dirigidas al ser humano, pero eso es porque son solo el principio de un hackeo biológico a gran escala. Las proteínas generalmente interactúan con otras moléculas a través de interacciones no covalentes relativamente débiles. Por lo tanto, poder manipular estas moléculas convertiría a las células en fábricas vivas para la síntesis de cualquier polímero: desde nuevos medicamentos hasta materiales.
En 2020, su equipo incorporó el aminoácido no canónico fluorosulfato-L-tirosina (FSY) en PD-1, una proteína que ayuda a controlar la respuesta inmunitaria, para crear un fármaco antitumoral. Cuando el equipo inyectó PD-1 que contenía FSY en ratones injertados con células cancerosas humanas, la proteína formó un enlace irreversible que provocó que los tumores se redujeran.
“Al reemplazar todas las instancias de un codón dado por uno sinónimo y eliminar la maquinaria que usa el codón original, podemos hacer que la célula sea efectivamente inmune al ADN extraño, incluidos los patógenos”.
Peter Schultz
Entonces, en conclusión, los científicos están usando el código genético para estudiar cómo se verían los organismos si tuvieran más de 20 aminoácidos para jugar. Si estas estrategias se concretan, la ciencia tendrá un tremendo poder sobre los seres humanos y las enfermedades.
Fuente: tekcrispy.com