Ácido nucleico de treosa

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El ácido nucleico de treosa (TNA) es un polímero genético artificial en el que el azúcar ribosa natural de cinco carbonos que se encuentra en el ARN ha sido reemplazado por un azúcar de treosa artificial de cuatro carbonos. Inventado por Albert Eschenmoser como parte de su búsqueda para explorar la etiología química del ARN, el TNA se ha convertido en un importante polímero genético sintético (XNA) debido a su capacidad para aparearse de manera eficiente con secuencias complementarias de ADN y ARN. La principal diferencia entre el TNA y el ADN/ARN es su estructura principal. El ADN y el ARN tienen sus estructuras principales de fosfato unidas al carbono 5' del anillo de azúcar desoxirribosa o ribosa, respectivamente. El TNA, por otro lado, tiene su estructura principal de fosfato unida directamente al carbono 3' en el anillo, ya que no tiene un carbono 5'. Esta estructura modificada hace que el TNA, a diferencia del ADN y el ARN, sea completamente refractario a la digestión por nucleasas, lo que lo convierte en un análogo de ácido nucleico prometedor para aplicaciones terapéuticas y de diagnóstico.

Los oligonucleótidos de TNA se construyeron por primera vez mediante síntesis automatizada en fase sólida utilizando la química de la fosforamidita. Los métodos para los monómeros de TNA sintetizados químicamente (fosforamiditas y trifosfatos de nucleósidos) se han optimizado en gran medida para respaldar los proyectos de biología sintética destinados a hacer avanzar la investigación de TNA. Más recientemente, los esfuerzos de ingeniería de polimerasas han identificado polimerasas de TNA que pueden copiar información genética de ida y vuelta entre el ADN y el TNA. La replicación del TNA se produce a través de un proceso que imita la replicación del ARN. En estos sistemas, el TNA se transcribe de forma inversa en ADN, el ADN se amplifica mediante la reacción en cadena de la polimerasa y luego se transcribe de forma directa de nuevo en TNA.

La disponibilidad de las polimerasas de TNA ha permitido la selección in vitro de aptámeros de TNA biológicamente estables para dianas tanto de moléculas pequeñas como de proteínas. Dichos experimentos demuestran que las propiedades de la herencia y la evolución no se limitan a los polímeros genéticos naturales del ADN y el ARN. La alta estabilidad biológica del TNA en relación con otros sistemas de ácidos nucleicos que son capaces de experimentar una evolución darwiniana sugiere que el TNA es un candidato sólido para el desarrollo de aptámeros terapéuticos de próxima generación.

Se ha estudiado el mecanismo de síntesis de TNA por una polimerasa de TNA desarrollada en laboratorio mediante cristalografía de rayos X para captar los cinco pasos principales de la adición de nucleótidos. Estas estructuras demuestran un reconocimiento imperfecto del nucleótido trifosfato de TNA entrante y respaldan la necesidad de realizar más experimentos de evolución dirigida para crear polimerasas de TNA con una actividad mejorada. La estructura binaria de una transcriptasa inversa de TNA también se ha resuelto mediante cristalografía de rayos X, lo que revela la importancia de la plasticidad estructural como un posible mecanismo para el reconocimiento de plantillas.

Sistema de ADN pre

John Chaput, profesor del Departamento de Ciencias Farmacéuticas de la Universidad de California, Irvine, ha teorizado que las cuestiones relacionadas con la síntesis prebiótica de los azúcares ribosa y la replicación no enzimática del ARN pueden proporcionar evidencia circunstancial de un sistema genético anterior que se produjo con mayor facilidad en las condiciones de la Tierra primitiva.{{subst:cn}} El TNA podría haber sido un sistema genético temprano y un precursor del ARN. El TNA es más simple que el ARN y se puede sintetizar a partir de un único material de partida. El TNA es capaz de transferir información de ida y vuelta con el ARN y con hebras de sí mismo que son complementarias al ARN. Se ha demostrado que el TNA se pliega en estructuras terciarias con propiedades discretas de unión a ligandos.

Aplicaciones comerciales

Aunque la investigación sobre el TNA todavía está en sus inicios, ya se vislumbran aplicaciones prácticas. Su capacidad de experimentar una evolución darwiniana, junto con su resistencia a las nucleasas, hacen del TNA un candidato prometedor para el desarrollo de aplicaciones diagnósticas y terapéuticas que requieren una alta estabilidad biológica. Esto incluiría la evolución de aptámeros de TNA que puedan unirse a dianas específicas de proteínas y moléculas pequeñas, así como el desarrollo de enzimas de TNA (treozimas) que puedan catalizar una reacción química. Además, el TNA es un candidato prometedor para terapias de ARN que involucran tecnología de silenciamiento génico. Por ejemplo, el TNA ha sido evaluado en un sistema modelo para tecnología antisentido.

Véase también

  • Abiogenesis
  • Ácido nucleico Glycol
  • Síntesis de Oligonucleótido
  • Ácido nucleico de péptidos
  • Biología sintética
  • Ácido nucleico Xeno
  • Xenobiología

Referencias

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Más lectura

  • Orgel L (noviembre de 2000). "Origin of life. Un ácido nucleico más simple". Ciencia. 290 (5495): 1306–7. doi:10.1126/science.290.5495.1306. PMID 11185405. S2CID 83662769.
  • Ichida, Justin K.; Zou, Keyong; Horhota, Allen; Yu, Biao; McLaughlin, Larry W.; Szostak, Jack W. (2005). "Un sistema de selección Vitro para TNA". Journal of the American Chemical Society. 127 (9): 2802–2803. doi:10.1021/ja045364w. PMC 5072288. PMID 15740086. Esta obra se describe en: Watt, Gregory (febrero de 2005). "Acidos nucleicos modificados en exhibición". Nature Chemical Biology. Archivado desde el original el 4 de septiembre de 2012. Retrieved 21 de abril 2006.
  • Schöning K, Scholz P, Guntha S, Wu X, Krishnamurthy R, Eschenmoser A (noviembre de 2000). "Etiología química de la estructura de ácidos nucleicos: el sistema de oligonucleótido alfa-threofuranosyl-(3'--]". Ciencia. 290 (5495): 1347–51. Código:2000Sci...290.1347S. doi:10.1126/ciencia.290.5495.1347. PMID 11082060.
  • ¿Fue TNA simple el primer ácido nucleico en la Tierra para llevar un código genético?, Nuevo Científico (detrás de la pared de pago)
  • ORIGINA DE LA VIDA: Un ácido nucleico más simple, Leslie Orgel
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