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Alexander I Taylor1, Vitor B Pinheiro1, Matthew J Smola2

  • 1MRC Laboratory of Molecular Biology, Francis Crick Avenue, Cambridge Biomedical Campus, Cambridge CB2 0QH, UK.

Nature
|December 4, 2014
PubMed
Resumen

Los polímeros genéticos sintéticos, o XNAs, ahora pueden formar catalizadores llamados XNAzymes. Este descubrimiento amplía el potencial para la vida.

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Área de la Ciencia:

  • El origen de la vida Estudios sobre el origen de la vida
  • Biología sintética Biología sintética.
  • La bioquímica es la bioquímica.

Sus antecedentes:

  • La catálisis en los primeros polímeros genéticos como el ARN fue crucial para el origen de la vida, que precede a las enzimas proteicas.
  • El ADN puede plegarse en estructuras catalíticas, pero se desconoce el potencial de los biopolímeros naturales como andamios privilegiados.
  • Los polímeros genéticos sintéticos (XNAs) con nuevas columnas vertebrales pueden plegarse y unir ligandos, lo que sugiere un potencial catalítico.

Objetivo del estudio:

  • Para investigar si los polímeros genéticos sintéticos (XNAs) pueden formar catalizadores funcionales (XNAzymes).
  • Descubrir XNAzymes con actividades de endonucleasa y ligasa a través de diversas químicas de XNA.
  • Para establecer la catálisis dentro de un sistema XNA totalmente sintético.

Principales métodos:

  • Selección de XNAzymes de grupos aleatorios en cuatro químicos diferentes: ácidos nucleicos arabino (ANA), ácidos nucleicos 2'-fluoroarabino (FANA), ácidos nucleicos hexitol (HNA) y ácidos nucleicos ciclohexeno (CeNA).
  • Demostración de las actividades in trans ARN endonucleasa y ligasa de las XNAzimas descubiertas.
  • Ingeniería de una metalloenzima de ligasa XNA-XNA basada en FANA para un sistema catalítico totalmente sintético.

Principales resultados:

  • Descubrimiento de enzimas XNA que exhiben actividades de endonucleasa y ligasa de ARN en cuatro químicas distintas de XNA.
  • Creación de una metaloenzima basada en FANA que liga los oligómeros de FANA y sintetiza una endonucleasa de ARN activa FANAzyme.
  • Demostración de la catálisis independiente de los biopolímeros naturales.

Conclusiones:

  • La catálisis puede surgir en polímeros genéticos sintéticos más allá de los biopolímeros naturales como el ARN y el ADN.
  • Las XNA enzimas representan una nueva clase de catalizadores con aplicaciones potenciales en biología sintética.
  • Este trabajo amplía las posibilidades químicas para el origen de la vida en la Tierra y potencialmente en otros lugares.