EL DNA SINTETICO: Ruben P. Gaytan. C. UNAM

El ADN sintético,
una de las nuevas medicinas genéticas
Texto e Imágenes por: Rubén Paul Gaytan Colin paul@ibt.unam.mx
Instituto de Biotecnología de la UNAM


Figura 1 . A) Estructura helicoidal del ADN mostrando las bases nitrogenadas A, G, C y T que lo componen, así como las moléculas de azúcar y fosfato en las cadenas complementarias. B) ADN sintético u oligonucleótido. C) oligonucleótido antisentido modificado en los fosfatos con átomos de azufre en lugar de oxígeno. El ácido desoxirribonucleico, mejor conocido como ADN, es el material biológico que sirve de archivo e instructivo genético para el funcionamiento de toda célula. Contiene genes, los cuales son segmentos relativamente pequeños de ADN que sirven como recetas para preparar proteínas y otros materiales indispensables para el funcionamiento de las células.
El ADN biológico está compuesto por dos hebras enrolladas entre sí, en forma análoga a una escalera de caracol de doble pasamano y razón suficiente para denominarlo estructura de doble hélice. Cada una de las hebras está constituida por la combinación de sólo cuatro tipos de bloques denominados nucleótidos. A su vez, cada nucleótido está formado por una molécula de azúcar, una molécula de fosfato y cualquiera de las bases nitrogenadas adenina, guanina, citosina y timina, abreviadas como A, G, C y T. La forma mas sencilla de imaginar el ADN es pensar que cada una de las hélices está formada por moléculas alternadas de azúcar y fosfato, encontrándose una base nitrogenada unida a cada uno de los azúcares (figura 1A). A lo largo de la doble hélice, la A en una de las hebras siempre estará apareada con la T en la hebra complementaria y lo mismo ocurre con G y C. El ADN total –genoma- de una sola célula puede estar compuesto desde unos cuantos miles de nucleótidos hasta miles de millones según el organismo del que se trate.
En cambio, el ADN sintético u oligonucleótidos de DNA son pequeños segmentos de ADN monohelicoidales (Figura 1B). Estas monohélices son ensambladas por robots computarizados como el que se muestra en la figura 2, los cuales adicionan paso a paso y de manera específica, cada uno de los nucleótidos programados en una determinada secuencia (e.g. ACGTTAGCCAG…). De hecho, se puede ensamblar cualquier combinación de hasta aproximadamente 100 nucleótidos. Por tanto, en forma simplista podríamos pensar en el ADN biológico como un material “apareado” poco reactivo, y en el ADN sintético como un material “libre” muy reactivo, capaz de aparearse con otra cadena de secuencia complementaria.
Por otra parte, muchas enfermedades humanas de origen genético, como la anemia falciforme, la fibrosis cística y la fenilcetonuria, son causadas por la presencia de proteínas defectuosas incapaces de realizar una determinada función dentro de las células. Dichas proteínas son consecuencia de mutaciones en los genes originales y al parecer estas enfermedades solo podrán ser curadas por el reemplazo de los genes defectuosos por genes correctos. De esto precisamente se ocupa la terapia génica. En cambio, las enfermedades infecciosas son causadas por microorganismos invasores que se unen o penetran las células huésped, causándoles alguna disfunción y por tanto el objetivo es eliminarlos. Los microorganismos, al igual que todo tipo de célula e inclusive los virus, poseen muchas proteínas esenciales para su funcionamiento. Los antibióticos comunes, por lo general moléculas pequeñas, son dirigidos a contraatacar alguna de estas proteínas esenciales para que el microorganismo no se pueda desarrollar y muera.

Figura 2 . Sintetizador automático de ADN. Las bases nucleotídicas son adicionadas una por una a un soporte sólido localizado en una columna desechable delimitada por dos filtros. Las bases están separadas en distintos botellas. Los reactivos localizados en las botellas grandes son auxiliares para completar cada acoplamiento. Figura 3. Proceso de inhibición por oligonucleótidos antisentido. En las células normales, los genes (1) son convertidos en proteínas (3) a través de un ARN mensajero (2) como intermediario. B) En las células tratadas con un oligonucleótido antisentido (4), se inhibe la síntesis de una proteína específica, a través del bloqueo específico del ARN mensajero que la codifica.

Pero aquí viene lo interesante a sabiendas de que el flujo de la información genética, esto es, la transformación de un gen en una proteína, requiere de un ácido ribonucleico mensajero (ARNm) específico como intermediario (Figura 3). En 1978 a Paul Zamecnik de la Universidad de Harvard, se le ocurrió usar un oligonucleótido sintético como fármaco a fin de inhibir la reproducción de un virus que ataca células de pollo. El experimento fue realizado in vitro, es decir, en células cultivadas en tubo de ensaye. Tal oligonucleótido fue diseñado para unirse al inicio del ARNm viral y de esta manera los ribosomas, maquinaria encargada de ensamblar todas las proteínas en la célula, no fueron capaces de reconocer las moléculas híbridas de ARNm-oligonucleótido y las proteínas virales no se produjeron, inhibiéndose por tanto la reproducción viral. A diferencia de los fármacos tradicionales, donde la molécula se debe ajustar perfectamente al sitio de acción de la proteína, el oligonucleótido se diseñó basado sólo en el conocimiento de la secuencia de bases del ARNm, una labor muy sencilla.
El virus estudiado en este experimento fue el Virus de Sarcoma Rous (RSV), clasificado como un retrovirus oncogénico, capaz de inducir cáncer de tejido conectivo en pollos. La patogenicidad o daño de este virus se debe a un gen llamado “src” contenido en su genoma. Este gen codifica una proteína llamada “quinasa de tirosinas”, que puede modificar al aminoácido tirosina en muchas de las proteínas normales de la célula huésped, hasta que de pronto modifica alguna de las proteínas reguladoras del ciclo mitótico y las células empiezan a duplicarse sin control alguno, causando cáncer. En razón de que las moléculas de ARNm corresponden a la cadena “sentido” del gen, al oligonucleótido de cadena complementaria que logró inactivarlo se le denominó oligonucleótido “antisentido” y así nació una nueva área de investigación de ácidos nucleicos bautizada como terapia antisentido. Sin embargo, los oligonucleótidos antisentido convencionales son muy inestables a unas enzimas intracelulares llamadas nucleasas que destruyen el ADN ajeno al organismo y por esta razón, en investigaciones posteriores, se realizaron una serie de modificaciones químicas sobre los fosfatos, los azúcares o hasta las mismas bases nitrogenadas, a fin de tratar de aumentar su estabilidad intracelular. Por ejemplo, la simple sustitución de un átomo de oxígeno de cada uno de los fosfatos por un átomo de azufre, como se muestra en la figura 1C, incrementó su estabilidad intracelular de 20 min. a 24 h.
El 26 de Agosto de 1998, la Administración de Alimentos y Drogas de Estados Unidos (FDA por sus siglas en inglés), aprobó la comercialización del primer fármaco antisentido, Vitravene™, desarrollado por la compañía norteamericana ISIS y comercializado por la empresa farmaceútica CIBA-vision. Este fármaco, compuesto por 21 nucleótidos, es inyectado en el globo ocular una vez por mes, manteniendo bajo control la reproducción del virus conocido como citomegalovirus o CMV. De no ser atacado a tiempo, este virus mata las células de la retina –retinitis-, causando ceguera definitiva. Actualmente este medicamento ya se vende en Europa, Brasil, Suiza y Estados Unidos. Lo maravilloso de este tipo de nuevas medicinas genéticas es que sus efectos secundarios son muy leves en comparación con la mayoría de fármacos antivirales convencionales como ganciclovir, foscarnet y valganciclovir y normalmente más efectivos. Al fin y al cabo se trata de un material semibiológico que termina siendo destruido en las mismas células huésped.
http://hypatia.morelos.gob.mx/
*1 El Dr. Paul Gaytán Colín es Licenciatura en Química Industrial (UAEM), con Maestría en Química Orgánica (UAEM) y Doctorado en Ciencias Bioquímicas (UNAM). Actualmente es responsable de la Unidad de Síntesis y Secuenciación de ADN del Instituto de Biotecnología de la UNAM y su línea de investigación está orientada en el desarrollo de métodos de mutagénesis in vitro para el mejoramiento de enzimas.
http://www.diagnosisp.com/dp/journals/archive.php?journal_id=1&PHPSESSID=58730fd4acdc37ccccbb8db4353f2544