Xenobiología

Xenobiología (XB) es una rama de la biología sintética, que es el estudio de la síntesis y manipulación de dispositivos y sistemas biológicos. El término proviene de la fusión de la palabra griega xenos (" diferente " , " alienígena ") con el sustantivo Biología. De esta manera el XB describe una forma de biología que no es (todavía) familiar para la ciencia y no se encuentra en la naturaleza. En la práctica, describe nuevos sistemas biológicos y bioquímicos que difieren del sistema canónico de aminoácidos ADN-ARN-20 (véase el dogma central clásico de la biología Molecular). Por ejemplo, en lugar de ADN o ARN, XB explora la posibilidad de usar análogos de ácido nucleico, llamados ácidos nucleicos de xenón (XNA), como vectores de información. El XB también se centra en la expansión del código genético y la incorporación de aminoácidos no proteinogénicos en las proteínas.

Astro significa "estrella" y la palabra griega eso significa "externo" . Tanto la exobiología como la astrobiología se ocupan de la búsqueda de vida evolucionada naturalmente en el universo, especialmente en planetas ubicados en la zona habitable alrededor de las estrellas. Los astrobiólogos están, por lo tanto, interesados en la detección y el análisis de formas de vida (hipotéticamente) existentes en otras partes del universo, mientras que la xenobiología intenta diseñar formas de vida con una bioquímica diferente o un código genético diferente en el planeta Tierra.

En Xenobiología, el objetivo es diseñar y construir sistemas biológicos que difieran de sus contrapartes naturales en uno o más niveles fundamentales. Idealmente estos organismos nuevos en la naturaleza serían diferentes en todos los aspectos bioquímicos posibles exhibiendo un código genético muy diferente. El objetivo a largo plazo es construir una célula que almacena información genética no en el ADN, sino en un polímero de información alternativo que consiste en ácidos nucleicos de xenón (XNA), varios pares de bases, utilizando aminoácidos no canónicos y un código genético alterado. Hasta ahora, se han construido células que incorporan solo una o dos de estas características. Originalmente, esta investigación sobre formas alternativas de ADN fue impulsada por la pregunta de cómo evolucionó la vida en la Tierra y por qué el ARN y el ADN fueron seleccionados por la evolución (química) en comparación con otras posibles estructuras de ácido nucleico. Los estudios experimentales sistemáticos dirigidos a diversificar la estructura química de los ácidos nucleicos han dado lugar al descubrimiento de biopolímeros informativos completamente nuevos. Hasta ahora, se han sintetizado varios XNAs con nuevos esqueletos químicos o motivos de ADN salientes, por ejemplo: ácido exonucleico (HNA), ácido treonucleico (TNA), ácido glyconucleico (GNA), ácido nucleico ciclohexenil (CeNA). La incorporación de un XNA en un plásmido, implicando la inserción de 3 codones de HNA, ya se llevó a cabo en 2003. Este XNA se utiliza in vivo (E. coli) como un molde para la síntesis de ADN. Este estudio, utilizando un casete genético binario (G / T) y dos bases no presentes en el ADN (Hx / U), se ha extendido a CeNA, mientras que el GNA parece todavía ser demasiado extraño al sistema biológico natural para ser utilizado como modelo para la síntesis de ADN. Las bases más grandes insertadas en un esqueleto de ADN natural también podrían ser transcritas en ADN natural, aunque con menos eficiencia. Mientras que los XNAs tienen un esqueleto modificado, otros experimentos tienen como objetivo reemplazar o ampliar el alfabeto genético del ADN con pares de bases no naturales. Por ejemplo, usted ha diseñado un ADN que tiene, además de las cuatro bases estándar (A, T, G y C), dos nuevas bases, P Y Z (donde Z es para 6 - amino - 5 - nitro3 - (1'' - β - D - 2'' - deoxirribofuranosil) - 2(1h) - piridona, y "P" significa 2 - amino - 8 - (1 - β - D - 2'' - deoxirribofuranosil)imidazo - 1, 3, 5 - triazinas - 4(8h)). En un estudio, Leconte et al probaron la aplicabilidad de 60 bases candidatas para su posible incorporación al ADN, identificando potencialmente 3600 pares de bases. Ni un XNA, ni las bases no naturales son generalmente reconocidas por las polimerasas naturales. Uno de los principales desafíos es encontrar o crear nuevos tipos de polimerasas que sean capaces de replicar estas construcciones sintéticas. En un caso, una variante modificada de la transcriptasa inversa del VIH fue capaz de amplificar por PCR un oligonucleótido que contenía un par de bases de tercer tipo. Pinheiro et al (2012), a través de mutagénesis y ciclos de cribado, han desarrollado una polimerasa que permite el almacenamiento y recuperación de información genética (menos de 100bp de longitud) a partir de seis polímeros genéticos alternativos basados en arquitecturas simples de ácido nucleico (XNAs) no naturales. Uno de los objetivos de la xenobiología es reescribir el código genético universal. El enfoque más prometedor para cambiar el código es la reasignación de codones raramente utilizados o incluso no utilizados. En un escenario ideal, el código genético se expandiría con un codón, que después de haber sido liberado de la antigua función se reasignaría completamente a un aminoácido no canónico (NCAA) (" expansión de código ") . Los métodos que tienen como objetivo expandir el código genético tienen la ventaja de insertar aminoácidos no canónicos, y por lo tanto nuevas características químicas, en un sitio específico de una proteína, pero generalmente son laboriosos de implementar. En paralelo, se aplica comúnmente un enfoque más simple (" ingeniería de código ") . En este caso, las bacterias auxotróficas para aminoácidos específicos, en algún momento del experimento, se alimentan con análogos isoestructurales en lugar de los aminoácidos canónicos de los que son auxótrofos. En tal situación, los residuos de aminoácidos canónicos de las proteínas nativas se reemplazan globalmente con NCAAs. La inserción de varios NCAAs diferentes en la misma proteína también es posible. Finalmente, el repertorio de 20 aminoácidos canónicos no solo se puede ampliar, sino también reducir a 19. Al reasignar el par de ARN de transferencia (ARNt) / aminoacil ARNt - sintetasa, se puede cambiar la especificidad del codón. Las células equipadas con tales aminoacil - ARNt sintetasas son por lo tanto capaces de leer secuencias de ARNm que no tienen sentido para la maquinaria de expresión génica existente. Al alterar el par de codones: la Trna sintetasa puede conducir a la incorporación in vivo de aminoácidos no canónicos en proteínas. En el pasado, la reasignación de codones ha sido posible principalmente en una escala limitada. En 2013, Sin embargo, Farren Isaacs y George Church de la Universidad de Harvard informaron el reemplazo de los 314 codones stop TAG en el genoma E. coli con los codones sinónimos TAA, lo que demuestra que las sustituciones masivas se pueden combinar en cepas de orden superior sin resultar en efectos letales. Tras el éxito de esta extensa sustitución de codones a nivel genómico, los autores lograron la reprogramación de 13 codones de sentido en 42 genes esenciales. Un cambio aún más radical en el código genético es el cambio de un codón triplete a un codón cuaterna, o incluso cinquina, experimentado por Sisido en Sistemas libres de células y por Schultz en bacterias. Finalmente, se pueden utilizar pares de bases no naturales para introducir nuevos aminoácidos en las proteínas. El objetivo de reemplazar el ADN con XNA también se puede lograr a través de otro camino, a saber, mediante la ingeniería del medio ambiente en lugar de Módulos genéticos. Este enfoque fue demostrado con éxito por Marliere y Mutzel con la producción de una cepa de E. coli cuyo ADN está compuesto por los nucleótidos estándar A, C y G, pero que en lugar de timina tiene su análogo sintético 5–clorouracilo en las posiciones correspondientes de la secuencia. Estas células, por lo tanto, dependen de la suplementación externa de 5-clorouracilo para el crecimiento, pero por lo demás aparecen y se comportan como las células normales de E. coli. Este enfoque coloca dos cortafuegos en cada interacción con otras bacterias, ya que la cepa es auxotrófica para una sustancia química no natural y contiene una forma de ADN que no puede ser descifrada por otros organismos.

Los sistemas xenobiológicos están diseñados para transmitir ortogonalidad a los sistemas biológicos naturales. Un organismo (todavía hipotético) que utiliza XNA, diferentes pares de bases y polimerasas y tiene un código genético alterado difícilmente podrá interactuar con las formas naturales de vida a nivel genético. Por lo tanto, estos organismos xenobiológicos representan un enclave genético que no puede intercambiar información con las células naturales. La modificación de la maquinaria genética de la célula conduce a una contención semántica. En analogía con el procesamiento de información en ti, este concepto de seguridad se llama un "cortafuegos genético" . El concepto de cortafuegos genético parece superar una serie de limitaciones de los sistemas de seguridad anteriores. Una primera evidencia experimental del concepto teórico del cortafuegos genético se obtuvo en 2013 con la construcción de un organismo genómicamente recodificado (GRO). En este GRO todos los codones conocidos de la parada del UAG en E. los coli fueron reemplazados por codones UAA; esto permitió la supresión del factor de liberación 1 y la reasignación de la función de traducción del codón UAG. GRO exhibió una mayor resistencia al bacteriófago T7, demostrando así que los códigos genéticos alternativos reducen la compatibilidad genética. Este GRO, sin embargo, sigue siendo muy similar a su "padre" natural y no puede ser considerado como un cortafuegos genético. La posibilidad de reasignar la función de un gran número de trillizos abre la posibilidad de tener cepas que combinen XNA, nuevos pares de bases, nuevos códigos genéticos, etc.que no puede intercambiar información con el mundo biológico natural. Si bien un cortafuegos genético podría implementar mecanismos de contención semántica en nuevos organismos, los sistemas bioquímicos sintéticos aún no han sido evaluados para detectar la presencia de nuevas toxinas y xenobióticos.

La xenobiología podría poner a prueba el marco regulador, ya que las leyes y directivas actuales tratan de los organismos modificados genéticamente y no mencionan directamente los organismos modificados química o genómicamente. Teniendo en cuenta el hecho de que no se esperan organismos auténticamente xenobiológicos en los próximos años, los responsables políticos tienen tiempo para prepararse para un inminente desafío Gubernamental. Desde 2012, los asesores de políticas en los Estados Unidos, cuatro Comités Nacionales de Bioseguridad en Europa y la Organización Europea de Biología Molecular han considerado el tema como una cuestión de gobernanza emergente.

Biotechnology

Hibridación fluorescente in situ

La hibridación fluorescente in situ (FISH) es una técnica citogenética que se puede utilizar para detectar y localizar la presencia o ausencia de secuencias esp...

Terapia Celular TK

El TK es un producto de Terapia Celular utilizado para el tratamiento de la leucemia de alto riesgo (cánceres de la sangre), que ha alcanzado la fase III de un ...

Genéticas

ADN

Técnicas de laboratorio

Esta página se basa en el artículo de Wikipedia: Fuente, Autores, Licencia Creative Commons Reconocimiento-CompartirIgual.
This page is based on the Wikipedia article: Source, Authors, Creative Commons Attribution-ShareAlike License.
contactos
Política de privacidad , Descargos de responsabilidad