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PUBLICADO EN 'NATURAL STRUCTURAL & MOLECULAR BIOLOGY'

Investigadores españoles logran visualizar el proceso de rotura de la doble hélice del ADN

JANO.es · 09 diciembre 2014

La comprensión de este mecanismo contribuirá a mejorar las herramientas biotecnológicas que se emplean en el tratamiento de enfermedades genéticas y el diseño de organismos genéticamente modificados.

Un equipo del Grupo de Cristalografía de Macromoléculas del Centro Nacional de Investigaciones Oncológicas (CNIO) ha desarrollado un método de producción de cristales biológicos que ha permitido observar, por primera vez, cómo se produce la rotura de la doble hélice del ADN. El trabajo, descrito en Nature Structural & Molecular Biology, ha sido posible gracias al desarrollo de una simulación informática que hace visible al ojo humano este proceso, que apenas dura millonésimas de segundo.

La rotura del ADN ocurre en numerosos procesos naturales clave para la vida: mutagénicos, de síntesis, de recombinación, de reparación. El campo de la biología molecular la emplea también en procesos artificiales y, una vez desentrañado el mecanismo exacto por el que se produce, este conocimiento podrá emplearse en múltiples aplicaciones biotecnológicas, desde la corrección de mutaciones para tratar enfermedades raras y genéticas, hasta el desarrollo de organismos genéticamente modificados.

"Se sabía que las enzimas o proteínas endonucleasas son las responsables de esta rotura, pero hasta ahora no se conocía el mecanismo exacto", ha explicado Guillermo Montoya, director de la investigación, que detalla los procesos dinámicos de esta reacción biológica básica mediada por la enzima I-DmoI, y que es extrapolable a otras muchas familias de endonucleasas.

Las enzimas son sistemas dinámicos altamente especializados y su función de rotura podría asemejarse, según indica Montoya, a la de una máquina para cortar telas tan especializada, que estuviera programada "para hacer el corte solo cuando bajo la cuchilla pasara un trozo de tejido con una determinada combinación de colores".

En este caso, los investigadores se centraron en observar los cambios conformacionales ocurridos en el centro activo de I-DmoI, aquella región que contiene los aminoácidos que actúan como cuchilla e inducen la rotura del ADN.

Una película a camara lenta de todo el proceso

Alterando la temperatura y el pH, el equipo del CNIO ha ralentizado hasta diez días una reacción química que en condiciones normales dura microsegundos. En estas condiciones, han creado una película en 'slow-motion' de todo el proceso.

"Introduciendo metales hemos sido capaces de disparar la reacción enzimática para posteriormente producir cristales biológicos y congelarlos a -200 grados. Así, recogimos hasta 185 estructuras cristalográficas que representan todos los cambios conformacionales de cada paso de la reacción", ha explicado.

Finalmente, mediante análisis computacional, los investigadores han ilustrado los siete estadios intermedios del proceso de separación de las cadenas de ADN. Montoya defiende que la elucidación de este mecanismo dará la información necesaria para rediseñar estas enzimas y mejorar la precisión de los bisturís moleculares, "las herramientas esenciales para la modificación del genoma", concluye.

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