Ácido xenonucleico
Os ácidos xenonucleicos (/kseno/), abreviados XNA (do inglés xeno nucleic acid) son análogos de ácidos nucleicos sintéticos que teñen un esqueleto de azucres diferente que os ácidos nucleicos naturais ADN e ARN.[1] En 2011 existían polo menos seis tipos de azucres sintéticos que formaban esqueletos de ácidos nucleicos que poden almacenar e recuperar información xenética. Estase investigando para crear polimerases sintéticas para transformar o XNA. O estudo da súa produción e aplicación creou un campo chamado xenobioloxía.
Aínda que a información xenética no XNA está codificada polas catro bases canónicas (a diferenza doutros análogos de ácidos nucleicos), as ADN polimerases naturais non poden ler e duplicar esta información. Así a información xenetica almacenada no XNA é "invisible" e, por tanto, inútil para os organismos baseados no ADN natural.[2]
Introdución
[editar | editar a fonte]A estrutura do ADN descubriuse en 1953. A inicios da década de 2000, creáronse varias estruturas exóticas similares ao ADN, que eran o XNA. O XNA é un polímero sintético que pode transportar a mesma información que o ADN, pero con diferentes constituíntes moleculares. O "X" en XNA é a inicial de "xeno," 'estraño', indicando a diferenza en estrutura molecular en comparación co ADN ou ARN.[3]
Non se fixo moito máis co XNA ata que se desenvolveu un tipo especial de enzima polimerase, que podía facer unha copia en XNA a partir dun ADN molde e copiar de novo o XNA en ADN.[3] Pinheiro et al. (2012), por exemplo, dmosrraron que dita polimerase que actúa sobre o XNA funciona sobre secuencias de ~100 pares de bases de lonxitude.[4] Máis recentemente, os biólogos sintéticos Philipp Holliger e Alexander Taylor, da Universidade de Cambridge, conseguiron crear XNAzimas, o equivalente en XNA dun ribozima, que normalmente son ácidos nucleicos con actividade enzimática; Isto demostra que os XNA non só almacenan información hereditaria, senón poden servir tamén como enzimas, o que formula a posibilidade de que a vida podería ter empezado noutros lugares con outro ácido nucleico distinto do ARN ou ADN.[5]
Estrutura
[editar | editar a fonte]
As febras de ADN e ARN están formadas por longas cadeas de moléculas enlazadas chamadas nucleótidos. Un nucleótido está constituído por tres compoñentes: un fosfato, un azucre de cinco carbonos (desoxirribosa ou ribosa), e unha das cinco bases estándar (adenina, guanina, citosina, timina ou uracilo).
As moléculas que se unen para formar os seis ácidos xenonucleicos son case idénticas ás do ADN e ARN, pero cunha excepción: nos nucleótidos do XNA, os azucres tradicionais foron substitídos por outras estruturas quuímicas. Estas substitucións fan que os XNAs sexan funcional e estruturalmente análogos ao ADN e ARN malia a sá orixe artificial.
Os tipos de XNA sintético creados ata agora son:[2]
- Ácido 1,5-anhidrohexitolnucleico (HNA)
- Ácido ciclohexenonucleico (CeNA)
- Ácido treonucleico (TNA, de treosa)
- Ácido glicolnucleico (GNA)
- Ácido nucleico bloqueado (LNA, do inglés locked nucleic acid)
- Ácido peptonucleico (PNA)
- Ácido fluoroarabinonucleico (FANA)
O HNA podería usarse potencialmente para actuar como fármaco que pode rcoñecer e unirse a secuencias especificadas. Illáronse HNAs que sirvían para a súa posible unión a secuencias do VIH.[6] O CeNA que ten unha estereoquímica da forma D e pode crear dúplex estables consigo mesmo e con ARN. Os CeNAs non son tan estables cando forman dúplex co ADN.[7]
Implicacións
[editar | editar a fonte]O estudo do XNA non se fai para obter un mellor coñecemento da evolución biolóxica, senón para explorar modos de controlar e mesmo reprogramar a composición xenética de organismos biolóxicos. O XNA mostrou ter un potencial na resolución do asunto actual da polución xenética en organismos modificados xeneticamente.[8] Aínda que o ADN é incriblemente eficiente na súa capacidade de almacenar información xenética e transmitir unha complexa diversidade xenética, o seu alfabeto xenético de catro letras é relativamente limitado. Usar un código xenético de seis nucleótidos de XNA en vez do de catro do ADN dá infinitas oportunidades para a modificación xenética e expansión de funcionalidade química.[9]
O desenvolvemento de varias hipóteses e teorías sobre os XNAs alteraron un factor clave na nosa comprensión actual dos ácidos nucleicos: que a herdanza e a evolución non están limitadas ao ADN e ARN como antes se pensaba, senón que son simplemente procesos que se desenvolveron a partir de polímeros que poden almacenar información.[10] As investigacións sobre os XNAs permitirán avaliar se o ADN e o ARN son os bloques de construción da vida máis eficientes e desexables, ou se estas dúas moléculas foron elixidas aleatoriamente despois de que evolucionasen unha ampla clase de antepasados químicos.[11]
Aplicacións
[editar | editar a fonte]Unha teoría da utilización do XNA é a súa incorporación en medicina como axente que loita contra enfermidades. Algúns enzimas e anticorpos que son administrados actualmente para o tratamento de varias enfermidades son degradados demasiado rapidamente no estómago ou torrente sanguíneo. Como o XNA é unha substancia allea e se cre que os humanos non teñen enzimas para degradalo, os XNAs poden servir como un equivalente das metodoloxías de tratamentos baseados no ADN e ARN que se usan actualmente.[12]
Os experimentos co XNA permitiron xa a substitución e ampliación deste alfabeto xenético, e os XNAs mostraron ter complementariedade cos nucleótidos do ADN e ARN, suxerindo o potencial para a súa transcrición e recombinación. Un experimento realizado na Universidade de Florida levou á produción dun aptámero de XNA polo método AEGIS-SELEX, seguido da unión exitosa a unha liña de células de cancro de mama.[13] Ademais, os experimentos na bacteria modelo E. coli demostraron a capacidade do XNA de servir como molde biolóxico do ADN in vivo.[14]
Na investigación dos XNAs, deben tomarse en consideración varias cuestións como a bioseguridade, ética e goberno/regulación.[2] Unha das cuestións clave aquí é se o XNA nun experimento in vivo se entremesturaría co ADN e ARN no seu ambiente natural, o que non permitiría aos científicos controlar ou predicir as súas implicacións na mutación xenética.[12]
O XNA ten tamén posibles aplicacións para usalo como catalizador, igual que algúns ARNs teñen a capacidade de utilizarse como enzima. Demostrouse que o XNA pode cortar e ligar o ADN, o ARN e outras secuencias de XNA, e a maior actividade son as reaccións catalizadas polo XNA sobre as moléculas de XNA. Estas investigacións poden usarse para determinar se o papel do ADN e ARN na orixe da vida xurdiu por procesos de selección natural ou se foi unha simple aparición casual.[15]
Notas
[editar | editar a fonte]- ↑ Schmidt M (9 May 2012). Synthetic Biology. John Wiley & Sons. pp. 151–. ISBN 978-3-527-65926-5. Consultado o 9 May 2013.
- ↑ 2,0 2,1 2,2 Schmidt M (April 2010). "Xenobiology: a new form of life as the ultimate biosafety tool". BioEssays 32 (4): 322–31. PMC 2909387. PMID 20217844. doi:10.1002/bies.200900147.
- ↑ 3,0 3,1 Gonzales R (19 April 2012). "XNA Is Synthetic DNA That's Stronger than the Real Thing". Io9. Arquivado dende o orixinal o 19 de novembro de 2015. Consultado o 15 October 2015.
- ↑ Pinheiro VB, Taylor AI, Cozens C, Abramov M, Renders M, Zhang S, Chaput JC, Wengel J, Peak-Chew SY, McLaughlin SH, Herdewijn P, Holliger P (April 2012). "Synthetic genetic polymers capable of heredity and evolution". Science 336 (6079): 341–4. Bibcode:2012Sci...336..341P. PMC 3362463. PMID 22517858. doi:10.1126/science.1217622.
- ↑ "World's first artificial enzymes created using synthetic biology". Medical Research Council. 1 December 2014. Arquivado dende o orixinal o 25 de novembro de 2015. Consultado o 04 de xaneiro de 2020. Arquivado 25 de novembro de 2015 en Wayback Machine.
- ↑ Extance A (19 April 2012). "Polymers perform non-DNA evolution". Royal Society of Chemistry. Consultado o 15 October 2015.
- ↑ Gu P, Schepers G, Rozenski J, Van Aerschot A, Herdewijn P (2003). "Base pairing properties of D- and L-cyclohexene nucleic acids (CeNA)". Oligonucleotides 13 (6): 479–89. PMID 15025914. doi:10.1089/154545703322860799.
- ↑ Herdewijn P, Marlière P (June 2009). "Toward safe genetically modified organisms through the chemical diversification of nucleic acids". Chemistry & Biodiversity 6 (6): 791–808. PMID 19554563. doi:10.1002/cbdv.200900083.
- ↑ Pinheiro VB, Holliger P (August 2012). "The XNA world: progress towards replication and evolution of synthetic genetic polymers". Current Opinion in Chemical Biology 16 (3–4): 245–52. PMID 22704981. doi:10.1016/j.cbpa.2012.05.198.
- ↑ Pinheiro VB, Taylor AI, Cozens C, Abramov M, Renders M, Zhang S, Chaput JC, Wengel J, Peak-Chew SY, McLaughlin SH, Herdewijn P, Holliger P (April 2012). "Synthetic genetic polymers capable of heredity and evolution". Science 336 (6079): 341–4. PMC 3362463. PMID 22517858. doi:10.1126/science.1217622.
- ↑ Hunter P (May 2013). "XNA marks the spot. What can we learn about the origins of life and the treatment of disease through artificial nucleic acids?". EMBO Reports 14 (5): 410–3. PMC 3642382. PMID 23579343. doi:10.1038/embor.2013.42.
- ↑ 12,0 12,1 "XNA: Synthetic DNA That Can Evolve". Popular Mechanics. 19 April 2012. Consultado o 17 November 2015.
- ↑ Sefah K, Yang Z, Bradley KM, Hoshika S, Jiménez E, Zhang L, Zhu G, Shanker S, Yu F, Turek D, Tan W, Benner SA (January 2014). "In vitro selection with artificial expanded genetic information systems". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 111 (4): 1449–54. Bibcode:2014PNAS..111.1449S. PMC 3910645. PMID 24379378. doi:10.1073/pnas.1311778111.
- ↑ Pezo, Valérie; Liu, Feng Wu; Abramov, Mikhail; Froeyen, Mathy; Herdewijn, Piet; Marlière, Philippe (2013-07-29). "Binary Genetic Cassettes for Selecting XNA-Templated DNA Synthesis In Vivo". Angewandte Chemie (en inglés) 125 (31): 8297–8301. doi:10.1002/ange.201303288. Arquivado dende o orixinal o 06 de xuño de 2020. Consultado o 23 de abril de 2020.
- ↑ Taylor AI, Pinheiro VB, Smola MJ, Morgunov AS, Peak-Chew S, Cozens C, Weeks KM, Herdewijn P, Holliger P (February 2015). "Catalysts from synthetic genetic polymers". Nature 518 (7539): 427–30. Bibcode:2015Natur.518..427T. PMC 4336857. PMID 25470036. doi:10.1038/nature13982.
