Richardo Stone. Science

Durant dècades, els llibres de text de biologia han consagrat una regla senzilla: l'ADN es crea copiant una plantilla. Després que un enzim descomprimix una doble hèlice d'ADN en cadenes separades, una altra anomenada polimerasa construïx una seqüència complementària, base per base, per a cada bri. Prest: dos còpies de l'ADN original. Però noves investigacions sobre com els bacteris es defenen dels virus mostren ara que esta regla de síntesi no és absoluta. Hui en Science, un equip de la Universitat de Stanford descriu un enzim bacterià que sintetitza ADN sense plantilla d'àcid nucleic, utilitzant la seua pròpia estructura com a guia.

"La investigació és revolucionària", diu Philip Kranzusch, bioquímic de la Facultat de Medicina d'Harvard que estudia les defenses bacterianes. "Molt guay!" afig Adi Millman, biòloga computacional de l'Institut Tecnològic de Massachusetts. L'ús d'una proteïna com a plantilla per a la síntesi d'ADN, diu, "és un canvi conceptual significatiu respecte al dogma central clàssic", en el qual la informació fluïx en una direcció des d'àcids nucleics com l'ADN cap a la proteïna. Els científics esperen que esta nova forma de síntesi d'ADN puga adaptar-se com a ferramenta per a la investigació biològica bàsica, de manera similar a com el potent editor genòmic CRISPR va ser desenrotllat a partir d'un altre sistema de defensa bacterià.

En la replicació canònica de l'ADN, les regles de l'aparellament de bases són fonamentals: les polimerases acoblen la seua cadena complementària d'ADN aparellant adenina amb timina i guanina amb citosina en la plantilla. La replicació també pot procedir amb ARN com a plantilla, gràcies a polimerases anomenades transcriptases inverses que utilitzen eixe àcid nucleic per a guiar la fabricació de l'ADN monocatenario.
La nova troballa se centra en DRT3, un sistema de defensa que protegix els bacteris dels virus, coneguts com fagos, que les infecten. Els investigadors van descobrir que DRT3 evita la lògica de l'aparellament de bases. Es basa en dos transcriptases inverses: una convencional que construïx ADN monocatenario a partir d'una plantilla d'ARN, i una segona, inusual, que acobla el seu complement a partir de la seua pròpia plantilla incorporada. Este enzim inusual, anomenada Drt3b, té aminoàcids en el seu lloc actiu que imiten una cadena d'ARN motle.

"La proteïna en si servix com a model per a la seqüència d'ADN", afirma el bioquímic de Stanford Alex Gao, autor principal de l'estudi. "Ha sigut tota una sorpresa", diu. "Esta és una forma fonamentalment nova en què la vida produïx ADN."

La DRT3 sembla estar molt estesa entre els bacteris, la qual cosa suggerix que no és una curiositat bioquímica. No obstant això, com frustra als fagos continua sent un misteri.

Una possibilitat, diu Gao, és que les hèlices d'ADN produïdes per este mètode únic de replicació actuen com a esponges moleculars que s'adherixen als components del fago, dificultant directament el fago o permetent que altres elements immunes bacterians reconeguen la infecció. Si eixa idea se sosté, diu Kranzusch, DRT3 complementaria els recents descobriments de proteïnes similars a la polimerasa en altres sistemes de defensa bacteriana que produïxen polímers d'àcids nucleics per a detectar i inhibir la infecció per fagos.

DRT3 també representa un altre paper que desestabilitza la ment per a les transcriptases inverses, associades durant molt de temps amb retrovirus com el VIH, que utilitza una per a sintetitzar una còpia d'ADN del seu genoma d'ARN i esvarar-se en els cromosomes d'una cèl·lula. En els últims anys, s'ha demostrat que estos enzims són actors clau en alguns sistemes de defensa bacteriana CRISPR i en la generació de gens bacterians completament nous. Els RT ara s'aprecien com a "bastides altament adaptables que han sigut repetidament cooptats" per a funcions més enllà de la replicació de l'ADN, diu Gao.

Igual que CRISPR, DRT3 podria tindre aplicacions pràctiques. "DRT3 representa una màquina molecular 'tot en un' per a la síntesi d'ADN específica per seqüència, una cosa poc comuna en la naturalesa", diu Gao. Drt3b produïx una seqüència específica d'ADN. Si els científics pogueren esbrinar com enginyar-la per a produir altres seqüències, diu, podrien crear cadenes d'ADN personalitzades, per exemple per a crear biomaterials avançats com a hidrogels d'ADN.

De forma més àmplia, el descobriment subratlla quant roman ocult en la biologia microbiana. La DRT3, diu Gao, ha de veure's com "un catalitzador per a reexaminar la matèria fosca del món microbià." I amb nombrosos sistemes de defensa bacteriana encara sense caracteritzar, afig Aude Bernheim, microbiòloga de l'Institut Pasteur, "és fantàstic imaginar que molts d'estos codifiquen funcions bioquímiques exòtiques com la que s'ha descobert ací."