Un equipo de la Universidad de Heidelberg mostró que cambios pequeños en una plantilla de ADN pueden transformar gotas sintéticas de ARN: les permiten formar cavidades internas, desplazarse y almacenar determinadas moléculas. La universidad alemana difundió los resultados este martes 13 de octubre. El trabajo, encabezado por Kerstin Göpfrich y William Verstraeten junto con investigadores de Augsburgo y del Centro Alemán de Investigación del Cáncer, fue publicado el 7 de octubre en Nature Chemical Engineering.
El experimento pertenece a la biología sintética, que busca construir sistemas cada vez más complejos a partir de componentes simples. En este caso, los investigadores trabajaron con estructuras de ARN fabricadas en laboratorio que se agrupan espontáneamente y forman gotas sin una membrana externa. El resultado aporta un modelo para estudiar cómo un cambio en la información genética puede modificar propiedades físicas. No constituye la creación de un organismo vivo ni un tratamiento médico.
La plantilla de ADN contiene las instrucciones para producir pequeñas estructuras de ARN con cuatro brazos. Al encontrarse, esas piezas pueden unirse y concentrarse en gotas. Mediante microscopía, el equipo observó que las gotas también incorporan el ADN que les dio origen. Esa asociación entre instrucciones y estructura es importante: mantiene juntos el material genético y las características que produce, una condición necesaria para investigar sistemas capaces de evolucionar.
Los científicos introdujeron mutaciones en esas instrucciones y compararon los resultados con muestras sin modificar. En lugar de deshacerse, algunas gotas desarrollaron vacuolas, como se denomina a las cavidades internas. En uno de los procedimientos, una tasa de mutación cercana al 3%, equivalente a unas siete bases alteradas por plantilla, alcanzó para producirlas. Las tasas más altas generaron otras organizaciones, incluidas redes y agregados de ARN; aumentar las modificaciones no produjo siempre el mismo efecto.
Las cavidades se mantuvieron durante días. Para explicar su aparición, el grupo combinó secuenciación del ADN, nuevas pruebas experimentales y modelos físicos. La explicación propuesta vincula el ingreso de ARN recién producido con cambios en las interacciones dentro de una gota muy viscosa. Bajo ciertas condiciones, esa acumulación genera inestabilidades locales y regiones menos concentradas. La identificación de las secuencias involucradas permitió diseñar variantes y reproducir la formación de vacuolas.
El cambio también tuvo consecuencias sobre el movimiento. Las gotas modificadas presentaron desplazamientos microscópicos irregulares, que persistieron durante más de 50 horas. El estudio relaciona ese comportamiento con la redistribución de material cuando aparecen y crecen las cavidades. Al moverse, las gotas se encontraron y fusionaron con mayor frecuencia, dando lugar a estructuras más grandes. Para una de las comparaciones cuantitativas, los investigadores analizaron las 100 trayectorias más móviles de cada grupo, seleccionadas entre cientos de registros.
En otra prueba, las vacuolas alojaron dextrano, una molécula utilizada como carga experimental. El ingreso dependió del tamaño: partículas lipídicas de 50 nanómetros quedaron fuera de la matriz densa de ARN, mientras componentes más pequeños pudieron atravesarla y concentrarse en el interior. Esto muestra una función de almacenamiento en las condiciones ensayadas. Todavía no demuestra que las gotas puedan transportar medicamentos de manera segura dentro de un organismo.
Los autores proponen usar este sistema para estudiar cómo aparecen nuevas funciones mediante mutaciones y, más adelante, explorar materiales con propiedades seleccionables. En Heidelberg también plantean investigar componentes sintéticos con funciones inmunológicas. Esas aplicaciones siguen siendo objetivos futuros. El avance comprobado es más acotado: vincular modificaciones genéticas con nuevas formas, movimiento y almacenamiento en un sistema molecular construido en laboratorio.
