Vesículas artificiales con la capacidad de autodividirse y replicar ADN

Hay dos procesos claves dentro del origen de la vida: la formación de una estructura capaz de almacenar y transmitir información y la formación de un compartimiento especializado donde se lleven a cabo una serie de reacciones químicas de manera coordinada. Estos dos procesos han sido recreados en el laboratorio de manera independiente. Ahora, científicos japoneses liderados por el Dr. Kensuke Kurihara han logrado amplificar una molécula de ADN dentro de una vesícula lipídica gigante con la capacidad de autodividirse según un artículo publicado en Nature Chemistry.

Kurihara et al. crearon sus vesículas gigantes usando una combinación de tres componentes: un lípido catiónico, un precursor y un catalizador. Luego, observaron que cada vez que se añadía el precursor a la solución, la vesícula crecía y se dividía espontáneamente. En un segundo experimento, introdujeron una molécula de ADN junto a los reactivos típicos de una PCR —dinucleótidos, ADN polimerasa y primers— dentro de las vesículas. Al poner los precursores dentro de la solución, las vesículas empezaron a crecer a medida que el ADN se replicaba. Luego, la vesícula gigante se dividía y el ADN se distribuía en las dos vesículas hijas gracias a la naturaleza polianiónica del ADN que interactuaba con la membrana catiónica. Además, se observó que la replicación del ADN aceleraba el proceso de división de las vesículas.

Estos resultados indicarían que para este caso en particular, la autoreplicación de la sustancia informativa está asociada a la autodivisión del compartimiento que la contiene, gracias a la interacción de las cargas negativas de la molécula de ADN con las cargas positivas de la membrana lipídica.

Las implicancias de este trabajo son grandes. Por un lado han demostrado que el proceso de división de la vesícula puede estar asociado a la replicación del material genético, los cuales se dan de manera espontánea, procesos importantes para entender el origen de la vida; y por otro lado, se ha logrado un avance hacia el desarrollo de protocélulas que pueden ser usados dentro del campo de la biología sintética.

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Referencia:

Kurihara et al. Self-reproduction of supramolecular giant vesicles combined with the amplification of encapsulated DNA Nature Chemistry doi:10.1038/nchem.1127 (2011).