Bioquímicos alemanes han logrado un importante avance en la regulación de las funciones biológicas del ADN o ácido desoxirribonucleico, creando un nuevo enfoque para controlar estos procesos a través de la luz. La investigación de los especialistas de la Universidad de Münster hará posible una comprensión más profunda de la dinámica interna de las células, propiciando nuevas aplicaciones en el campo de la epigenética.
El ADN es la base fundamental de la vida en nuestro planeta. Se trata de un "manual de instrucciones" biológico que almacena toda la información genética requerida por un organismo para lograr desarrollarse, cumplir con sus funciones y reproducirse. Precisamente este código base se halla en cada una de las células que componen a los seres vivos.
De acuerdo a una nota de prensa, los resultados del estudio publicado en la revista Angewandte Chemie indican que la innovadora estrategia para regular los mecanismos biológicos del ADN con luz se sustenta en un cambio en la gestión de las enzimas, moléculas especiales de gran importancia en el funcionamiento celular.
Las enzimas son proteínas que protagonizan muchas de las reacciones químicas que se desarrollan en las células. Por ejemplo, algunas de sus funciones son la síntesis de productos metabólicos, la conversión de la energía que necesita la célula para llevar adelante sus funciones, realizar variaciones en el ADN y hasta producir copias de las moléculas que lo conforman.
El hallazgo de los científicos alemanes se apoya principalmente en la utilización de la denominada "reacción en cascada enzimática", un proceso que posibilita comprender mejor la dinámica interna de la célula y el papel del ADN en la misma. Se trata de reacciones sucesivas con la participación de distintas enzimas, un funcionamiento que permite concretar cambios trascendentes en el ADN.
Modificaciones en grupos químicos
La secuencia enzimática explicada previamente posibilita la transferencia de determinados grupos químicos al ADN, elementos que al mismo tiempo pueden ser eliminados utilizando irradiaciones de luz. Estos agregados, eliminaciones o modificaciones que se realizan en el ADN mediante la luz son los que permiten cambiar sus funciones biológicas.
El avance es clave, porque hasta el momento no se había podido comprobar este tipo de modificaciones químicas en el ADN al nivel alcanzado por los bioquímicos alemanes, solamente se había demostrado en estudios previos una trasferencia muy selectiva al ADN de pequeños residuos.
"Como resultado de nuestro trabajo, ahora es posible transferir residuos más grandes o realizar modificaciones importantes mediante la luz", indicó Nils Klöcker, uno de los autores principales del estudio. Klöcker se refiere a los grupos químicos mencionados anteriormente, que científicamente se denominan grupos fotocage (fotocaja en español).
Para lograr este adelanto, los especialistas utilizaron las metodologías de la ingeniería de proteínas. Lograron diseñar una enzima para incorporarla en la cascada previamente indicada, gracias a la cual fue posible activar y desactivar múltiples funciones del ADN por medio de la luz.
Aplicaciones en epigenética
Según los expertos, se trata de un paso fundamental para implementar sustancias no naturales generadas in situ, que podrían actuar en otros procesos enzimáticos en el marco de estudios epigenéticos.
Vale recordar que la epigenética actúa como un puente entre los genes y el entorno ambiental. Determinados factores ambientales, como el consumo de tabaco o la alimentación, pueden generar procesos químicos que desemboquen en cambios en el epigenoma.
El epigenoma es el conjunto de elementos que regulan la expresión de los genes sin modificar la secuencia de ADN. Como se modifica constantemente, el epigenoma también puede influir en el desarrollo de enfermedades o en el proceso de envejecimiento. En consecuencia, los estudios epigenéticos buscan determinar estas variaciones y trabajar en reacciones positivas o que reduzcan el impacto de los cambios negativos.
Referencia
Engineered SAM synthetases for enzymatic generation of AdoMet analogs with photocaging groups and reversible DNA modification in cascade reactions. Freideriki Michailidou, Nils Klöcker, Nicolas Cornelissen, Rohit K. Singh, Aileen Peters, Anna Ovcharenko, Daniel Kümmel and Andrea Rentmeister. Angewandte Chemie (2020).DOI:https://doi.org/10.1002/anie.202012623
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