La reprogramación de las ADN polimerasas para sintetizar ácidos xenonucleicos (XNA) es un desafío importante que pone a prueba las herramientas actuales de ingeniería enzimática. Sin embargo, un grupo de investigadores ha diseñado una nueva enzima capaz de producir ácido nucleico treosa, un material genético sintético.
En concreto, el equipo de investigación, dirigido por la Universidad de California, Irvine, creó una enzima llamada 10-92, que logra una síntesis de TNA rápida y fiel, inherentemente más estable que el ADN. Acercándose cada vez más a la capacidad de síntesis de ADN natural, la polimerasa de TNA 10-92 facilita el desarrollo de futuros fármacos a base de TNA.
"Este logro representa un hito importante en la evolución de la biología sintética y abre posibilidades apasionantes para nuevas aplicaciones terapéuticas"
Las ADN polimerasas replican los genomas de los organismos copiando el ADN de forma precisa y eficiente. Se trata de enzimas que desempeñan un papel fundamental en biotecnología y atención sanitaria. Esto se vio representado en la lucha contra el Covid-19, en la que fueron determinantes para la detección de patógenos y el tratamiento mediante la vacuna de ARNm.
“Este logro representa un hito importante en la evolución de la biología sintética y abre posibilidades apasionantes para nuevas aplicaciones terapéuticas al reducir significativamente la brecha de rendimiento entre los sistemas enzimáticos naturales y artificiales”, afirmó el autor John Chaput, profesor de ciencias farmacéuticas de la UC Irvine. “A diferencia del ADN, la bioestabilidad del TNA permite que se lo utilice en una gama mucho más amplia de tratamientos, y la nueva polimerasa TNA 10-92 nos permitirá alcanzar ese objetivo”.
La polimerasa TNA 10-92 fue producida gracias a una técnica conocida como recombinación homóloga, que reorganiza fragmentos de polimerasa de especies relacionadas de arqueobacterias. Los investigadores identificaron, a través de ciclos repetidos de evolución, variantes de polimerasa con actividad creciente. En última instancia, esto resultó en una variante que está dentro del rango de enzimas naturales.
El TNA es más resistente a la degradación que el ADN, volviéndolo más adecuado para determinadas aplicaciones. Además, podría utilizarse para crear una amplia variedad de nuevos fármacos y herramientas de investigación. “La resistencia del TNA a la degradación enzimática y química lo posiciona como el candidato ideal para desarrollar nuevos tratamientos como los aptámeros terapéuticos, una prometedora clase de fármacos que se unen a las moléculas diana con alta especificidad”, comenta Chaput.
"La ingeniería de enzimas que facilita el descubrimiento de nuevos enfoques podría abordar las limitaciones de los anticuerpos"
Con todo, el TNA podría revolucionar el desarrollo de nuevos fármacos y terapias. Este avance supone un paso importante en la biología sintética. “La ingeniería de enzimas que facilita el descubrimiento de nuevos enfoques podría abordar las limitaciones de los anticuerpos, como la mejora de la penetración en los tejidos, y potencialmente tener un impacto positivo aún mayor en la salud humana”, concluye Chaput.
En general, este descubrimiento puede ayudar en terapias génicas, ingeniería genética, almacenamiento de información, nanotecnología, computación molecular o en investigación básica, en lo relativo al origen de la vida.
Este trabajo fue financiado con una subvención de la National Science Foundation, bajo la subvención MCB1946312. John Chaput, Victoria Maola y Eric Yik, junto con la Universidad de California, Irvine, han presentado una solicitud de patente (PCT/US24/1159) sobre la composición y la actividad de la polimerasa 10-92 TNA. Los demás autores declararon no tener conflictos de intereses.