En un artículo publicado hoy en Avances de las ciencias, investigadores del Departamento de Química y del Departamento de Física y Astronomía de la Universidad de California, Irvine, revelaron nuevos detalles sobre una enzima clave que hace posible la secuenciación del ADN. El hallazgo es un salto hacia la era de la medicina personalizada, cuando los médicos podrán diseñar tratamientos basados en los genomas de pacientes individuales.
«Las enzimas hacen posible la vida al catalizar transformaciones químicas que de otro modo tomarían demasiado tiempo para un organismo», dijo Greg Weiss, profesor de química de la UCI y coautor del nuevo estudio. «Una de las transformaciones en las que estamos realmente interesados es esencial para toda la vida en el planeta: es el proceso mediante el cual se copia y repara el ADN».
La molécula que estudió el equipo dirigido por la UCI es una enzima llamada Taq, un nombre derivado del microorganismo en el que se descubrió por primera vez. Termo acuático. La molécula que estudió el equipo dirigido por la UCI es una enzima llamada Taq, un nombre derivado del microorganismo en el que se descubrió por primera vez, Thermos aquaticus. Taq replica el ADN. La reacción en cadena de la polimerasa, la técnica con miles de usos desde análisis forense hasta pruebas PCR para detectar COVID-19, aprovecha Taq.
El equipo dirigido por la UCI descubrió que Taq, ya que ayuda a hacer nuevas copias de ADN, se comporta de manera completamente diferente a lo que pensaban los científicos anteriormente. En lugar de comportarse como una máquina eficiente y bien engrasada que produce continuamente copias de ADN, la enzima, explicó Weiss, actúa como un comprador indiscriminado que recorre los pasillos de una tienda, tirando todo lo que ve en el carrito de compras.
«En lugar de seleccionar cuidadosamente cada pieza para agregarla a la cadena de ADN, la enzima captura docenas de inadaptados por cada pieza agregada con éxito», dijo Weiss. «Al igual que un comprador que revisa artículos de una lista de compras, la enzima prueba cada parte contra la secuencia de ADN que está tratando de replicar».
Es bien sabido que Taq rechaza cualquier elemento incorrecto que cae en su proverbial carrito de compras; después de todo, ese rechazo es la clave para duplicar con éxito una secuencia de ADN. Lo sorprendente del nuevo trabajo es la frecuencia con la que Taq rechaza las bases correctas. «Es el equivalente a un comprador que toma media docena de latas idénticas de tomates, las coloca en el carrito y las prueba todas cuando solo necesita una lata».
El mensaje final: Taq es mucho, mucho menos eficiente en hacer su trabajo de lo que podría ser.
El hallazgo es un salto hacia la revolución de la atención médica, explicó Philip Collins, profesor del Departamento de Física y Astronomía de la UCI y coautor correspondiente de la nueva investigación. Eso es porque si los científicos entienden cómo funciona Taq, entonces pueden entender mejor qué tan preciso es realmente el genoma secuenciado de una persona.
«Cada persona tiene un genoma ligeramente diferente», dijo Collins, «con diferentes mutaciones en diferentes lugares. Algunas de ellas son responsables de enfermedades y otras son responsables de absolutamente nada. Para saber realmente si estas diferencias son importantes o de atención médica… – para recetar correctamente los medicamentos, es necesario conocer las diferencias con precisión».
«Los científicos no saben cómo estas enzimas logran su precisión», dijo Collins, cuyo laboratorio creó los dispositivos a nanoescala para estudiar el comportamiento de Taq. «¿Cómo le garantiza a un paciente que ha secuenciado con precisión su ADN cuando es diferente del genoma humano aceptado? ¿El paciente realmente tiene una mutación rara», pregunta Collins, «o la enzima simplemente cometió un error?»
«Este trabajo podría usarse para desarrollar versiones mejoradas de Taq que pierdan menos tiempo al hacer copias de ADN», dijo Weiss.
Los impactos del trabajo no se detienen en la medicina; todos los campos científicos que se basan en la secuenciación precisa del ADN se beneficiarán de una mejor comprensión de cómo funciona Taq. Al interpretar las historias evolutivas utilizando ADN antiguo, por ejemplo, los científicos se basan en suposiciones sobre cómo cambia el ADN con el tiempo, y esas suposiciones se basan en una secuenciación genética precisa.
«Hemos entrado en el siglo de los datos genómicos», dijo Collins. «A principios de siglo descubrimos el genoma humano por primera vez, y estamos comenzando a comprender los organismos, las especies y la historia humana con esta información recién descubierta de la genómica, pero esa información genómica solo es útil si es precisa».
Los coautores de este estudio incluyen a Mackenzie Turvey, Ph.D., exestudiante de posgrado de UCI en física y astronomía, y Kristin Gabriel, Ph.D., exestudiante de posgrado de UCI en biología molecular y bioquímica. Esta investigación fue financiada por el Instituto Nacional de Investigación del Genoma Humano del NIH.
Video: https://youtu.be/96VfOrbGkcw
