Un equipo de investigadores de la Universidad de California en Davis, lograron capturar exitosa y detalladamente, la replicación de una sola molécula de ADN en video, revelando algunos detalles sorprendentes sobre la estructura de la que depende toda la vida.
Aunque la comunidad científica ha asumido que se trataba de un proceso con un alto nivel de coordinación, ver en tiempo real el ADN copiarse, ha revelado detalles que ofrecen una nueva perspectiva de todo el proceso.
La grabación permitió ver una cantidad inesperada de “aleatoriedad” en el proceso, lo que podría obligar a un replanteamiento importante sobre cómo se produce la replicación genética sin mutaciones.
El investigador Stephen Kowalczykowski, catedrático de la Universidad de California en Davis y autor principal del estudio, comentó: “Es un verdadero cambio de paradigma y socava gran parte de lo que hay en los libros de texto. Lo que hemos observado nos lleva a una forma diferente de pensar acerca de la replicación del ADN”.
La icónica doble hélice de ADN consiste en dos filamentos entrelazados de material genético compuesto de cuatro bases diferentes: guanina, timina, citosina y adenina. La replicación ocurre cuando una enzima llamada helicasa descomprime la doble hélice en dos filamentos simples separados llamados, filamento principal y filamento rezagado.
Una segunda enzima llamada primasa proporciona un “adherente” a cada una de estos filamentos, y una tercera enzima llamada polimerasa se une a este adherente y agrega bases adicionales para formar una doble hélice completamente nueva.
Los científicos creían que en la replicación del ADN debía existir un alto nivel de coordinación para evitar la formación de lagunas significativas en los filamentos nacientes, lo que podría provocar daño al material genético o promover la aparición de mutaciones.
Pero el video del proceso revela que no existe ninguna coordinación; de alguna manera, cada paso del proceso actúa independientemente del otro, y aun así la replicación es perfecta.
El equipo extrajo moléculas individuales de ADN de la bacteria E. coli y utilizando tecnología de imagen sofisticada, las observó en un portaobjetos. Luego aplicaron un tinte que se adheriría a una doble hélice completa, pudiendo hacer un seguimiento del proceso de replicación.
Si bien el ADN bacteriano difiere del humano, ambos utilizan el mismo proceso de replicación, por lo que el video revela mucho sobre lo que sucede en nuestros propios cuerpos.
El equipo descubrió que, en promedio, la velocidad a la que se replicaron los dos filamentos era aproximadamente igual, pero a lo largo del proceso, hubo sorprendentes revelaciones; los investigadores pudieron evidenciar que los filamentos actuaron como dos entidades separadas en sus propias líneas de tiempo.
Algunas veces, el filamento rezagado dejaba de sintetizarse, pero el filamento principal continuaba creciendo. Otras veces, un filamento podría comenzar a replicarse a 10 veces su velocidad normal, y aparentemente sin motivo.
Los autores de la investigación expresan que estos hallazgos proporcionan una visión más clara y realista de cómo funcionan los procesos bioquímicos en el cuerpo, y señalan que contar con una comprensión integral del proceso de replicación del ADN, podría ser la base para una amplia gama de descubrimientos en biología y medicina.
Referencia: Independent and Stochastic Action of DNA Polymerases in the Replisome. Cell, 2017. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2017.05.041