Lograron introducir la enzima encargada de copiarlo en un cristal con poros diminutos

Martín Bellino y Soler Illia (a la derecha), en su laboratorio de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales Foto:CEPRO – Exactas

Susana Gallardo
Para LA NACION

A lo largo de millones de años de evolución, la naturaleza logró producir materiales que tienen propiedades y funciones únicas, muy difíciles de alcanzar en forma artificial… hasta ahora. La última tendencia en el área de nuevos materiales es imitar esas funciones y propiedades y darles una aplicación tecnológica. La clave está en unir sustancias biológicas con minerales. Y todo en escala diminuta.

Con esta idea, un equipo de investigadores dirigido por el doctor Galo Soler Illia, investigador del Conicet en la Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA) y profesor en la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la UBA (Fceyn), logró producir copias de ADN.

Claro, esto hoy se hace en los laboratorios en forma habitual para obtener un diagnóstico, hallar el culpable de un crimen o determinar la paternidad. Es lo que se conoce como técnica PCR, sigla en inglés para la reacción en cadena de la polimerasa, que generalmente se efectúa en una solución en pequeños recipientes, donde se aplica la enzima polimerasa. Lo que hizo el grupo de Soler Illia fue atrapar gran cantidad de moléculas de polimerasa en un soporte cerámico. La enzima queda retenida en los poros del material, una especie de esponja cerámica, y allí cumple su función, que es duplicar el ADN. El trabajo se publica en la revista Small, especializada en nanotecnología.

«Habíamos empezado con otra enzima, la amilasa, que divide la molécula del almidón. Al colocar el material con la enzima en una solución con almidón, éste es deshecho. Luego se retira el cerámico, se lava y se deja listo para volver a usar», cuenta el doctor Martín Bellino, primer autor del trabajo. En el trabajo también participaron el doctor Alberto Regazzoni y el grupo de la doctora Hebe Durán (CNEA).

Los poros son suficientemente grandes como para que entre la amilasa, pero luego ésta no puede salir. El almidón puede atravesar tranquilo los poros, pero al entrar se encuentra con una trampa mortal, porque lo espera la amilasa, que lo corta en pedacitos, que luego pueden salir.

«A Martín se le ocurrió una idea: si podíamos romper un polímero como el almidón, por qué no fabricar uno, como el ADN», relata Soler Illia. Lo difícil era lograr introducir en los poros del material la enzima polimerasa, que es la encargada de fabricar las copias del ADN en la célula.

Pero «mientras que la amilasa es una molécula relativamente pequeña, de 3 nanómetros (milmillonésima parte de un metro) de diámetro, la polimerasa es un barco de vapor de 11 nanómetros de largo y 8 de diámetro. No cabía en los poros», dice el investigador.

Empezaron a hacer pruebas y diseñaron un nanomaterial con poros de 40 nanómetros de diámetro. Y, una vez atrapadas en el material las moléculas de la enzima, hicieron la prueba de introducir un fragmento de ADN. Con satisfacción, vieron cómo la polimerasa trabajaba sin parar fabricando numerosos fragmentos idénticos del material genético.

En forma habitual, la técnica PCR se hace en un recipiente donde se colocan la enzima y el ADN que se quiere replicar. Luego, la solución es sometida a ciclos de alta temperatura para que las hebras del ADN se separen. A continuación, se enrolla el ADN nuevamente y se lo amplifica.

Sistema orgánico-inorgánico
«Hicimos lo mismo, pero en lugar de agregar la enzima ésta ya venía pegada en un sustrato cerámico, un pequeño vidrio, que se colocaba en un recipiente con el ADN, funcionaba y luego se lavaba y se dejaba listo para volver a usar», subraya Soler Illia.

«Lo importante es que pudimos hacer un nanomaterial híbrido orgánico-inorgánico con la misma eficiencia que el sistema que se emplea habitualmente», subraya.

La clave del sistema es la posibilidad de atrapar una molécula biológica en un sustrato inorgánico y de ese modo fabricar un sensor portátil. Esto ya existe, por ejemplo, en los sensores de glucosa. Pero hasta ahora a nadie se le había ocurrido hacer la técnica PCR sobre un soporte cerámico transparente. Además, los investigadores emplean una polimerasa que es termoestable y resistente, lo que permite volver a emplear el sistema muchas veces para el mismo ADN.

«Tal vez falte mucho para una aplicación, pero explorar una nueva manera de hacer la PCR es un avance significativo. A lo mejor no sustituye la técnica usual, pero seguramente permitirá aplicaciones vinculadas con la amplificación del ADN que antes no se pensaban», señala el doctor Alejandro Vila, profesor de la Universidad de Rosario e investigador del Conicet en el Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario.

Para el investigador, «el hecho de no manejar soluciones líquidas y la mayor portabilidad hacen pensar en que puede ser muy útil como método de diagnóstico, por ejemplo». Y concluye: «Si es factible asegurarse de que no queden rastros del ADN empleado, tendría un impacto económico importante».

Centro de Divulgación Científica de la FCEyN, UBA

http://www.lanacion.com.ar/nota.asp?nota_id=1260462

Genética / Avance de investigadores argentinos .El mecanismo que lo hace posible también está vinculado con procesos como el aprendizaje
 

 
Susana Gallardo
Para LA NACION

¿Por qué un ser humano es tan diferente de un gusano, si los humanos no tenemos un número mucho mayor de genes?
Se sabe desde hace unos veinte años que un gen puede producir diversas proteínas, a veces con funciones opuestas. Ahora, un equipo de investigadores de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la UBA (FCEN) y del Instituto de Fisiología, Biología Molecular y Neurociencias del Conicet (Ifibyne) acaba de desentrañar algunos mecanismos que regulan ese proceso. Es más, los científicos lograron explicar por qué se produce la proteína precisa en el momento justo. Los resultados acaban de publicarse en las revistas Proceedings of the National Academy of Science ( PNAS ) y en Cell .
Se trata de dos mecanismos diferentes que regulan este proceso cuyo nombre científico es «splicing alternativo». Para que un gen pueda dar lugar a diversas proteínas, necesita que la enzima ARN polimerasa fabrique un molde (ARN mensajero) con forma de cadena, de la cual algunos fragmentos son enlazados y otros, descartados. Precisamente, splice significa cortar y pegar.
El equipo que lidera el doctor Alberto Kornblihtt, investigador del Conicet y profesor de la FCEN, descubrió hace unos años que parte de la clave estaba en la velocidad con que la polimerasa hacía su tarea: según fuera más rápida o más lenta, el resultado era una proteína diferente.
Pero ¿qué señal externa podría afectar la velocidad de la polimerasa? «Demostramos que la radiación ultravioleta, al dañar el ADN de la célula, produce cambios en la polimerasa que a su vez influyen en el splicing alternativo de un porcentaje de genes», explica Kornblihtt.
«[Para probarlo] tomamos algunos genes que pueden sintetizar dos proteínas, una que favorece y otra que previene la muerte celular», relata Manuel Muñoz, becario del Conicet y primer autor del trabajo publicado en Cell , una de las dos revistas más citadas de todas las disciplinas científicas. Y subraya: «Cuando las células son sometidas a radiación ultravioleta, se fabrica en mayor proporción la proteína que favorece la apoptosis, o muerte celular programada». Esta proteína se produce debido a que, al estar dañado el ADN de la célula por la radiación UV, se desata una serie de cambios que afectan la composición de la polimerasa y la hacen más lenta.
Ante el daño al ADN, la célula puede tomar diversos caminos: detener su división hasta reparar el daño (para evitar multiplicarlo), morir en forma ordenada o hacer como si nada hubiera ocurrido y multiplicar sus mutaciones. Esto último puede llevar al cáncer.
Los resultados obtenidos por Muñoz revelaron la importancia de la regulación del splicing alternativo en el proceso de muerte celular.
«La conclusión -destaca Kornblihtt- es que la radiación UV afecta el splicing alternativo de estos genes y favorece la apoptosis. Si la célula fue dañada, para el organismo es mejor que muera a que se multiplique y propague las mutaciones provocadas por la luz UV que puedan causar cáncer». Bajo la dirección del grupo argentino colaboraron investigadores de Francia, España y EE.UU.

Neuronas y memoria
Dado que el splicing alternativo también está involucrado en importantes procesos fisiológicos del sistema nervioso, los investigadores se abocaron a indagar los mecanismos que operan en las neuronas y que favorecen la producción de una proteína que se vincula con la memoria y el aprendizaje.
«Estudiamos un gen que, por splicing, da lugar a dos proteínas diferentes: una de ellas, de peso molecular menor, se encuentra en neuronas jóvenes; la otra, más pesada, se halla en neuronas maduras», explica Ignacio Schor, becario del Conicet y primer autor del trabajo publicado en PNAS .
Schor explica: «Al inducir un cambio en la actividad eléctrica de las neuronas se produce una modificación en el núcleo, en la estructura de la cromatina (el conjunto formado por ADN y proteínas que se encuentra enrollado en el núcleo celular). Cuando la cromatina está compacta, dificulta el avance de la polimerasa a lo largo del gen, que hace su tarea en forma más lenta. Cuando está más floja, la polimerasa aumenta su velocidad.
«El cambio de potencial eléctrico en las neuronas hace que su cromatina se vuelva más laxa y la polimerasa aumente su velocidad. Esto, a su vez, favorece la producción de la proteína de menor peso molecular, característica de las neuronas jóvenes.»
Lo interesante es que la proteína que se encuentra en las neuronas jóvenes también se produce en neuronas maduras en situaciones de memoria y aprendizaje.
A pesar de que los investigadores desentrañaron procesos clave para la vida que se producen en el interior de las células, prefieren ser cautos a la hora de aventurar posibles aplicaciones.
Centro de Divulgación Científica de la Facultad de Ciencias Exactas de la UBA
 
http://www.lanacion.com.ar/nota.asp?nota_id=1129328