¿Cómo cambiarían las capacidades del ADN si hubiera un par de bases adicional?

Aunque la pregunta no puede responderse de manera práctica, existe la posibilidad de que sea posible realizar cromosomas de ADN autorreplicantes que contengan nuevos pares de bases (ver Denis A. Malyshev, et al. 2014. Un organismo semisintético con una genética expandida alfabeto. Nature 509, 385-388. y Ross Thyer y Jared Ellefson 2014. Biología sintética: Nuevas letras para el alfabeto de la vida. Nature 509, 291–292).

La Figura 1 de Thyer y Ellefson (2014) explica:


Malyshev y col . han generado una cepa de la bacteria Escherichia coli que expresa una proteína transportadora de algas (verde), que importa los nucleótidos trifosfatos no naturales dNaM y d5SICS del medio de cultivo. Esto permite a las bacterias replicar un plásmido que incorpora el par de bases dNaM: d5SICS antinatural (punto rojo). A su vez, esto podría abrir muchos desarrollos adicionales, incluidos: organismos que pueden agregar nuevos codones al código genético a través de interacciones personalizadas de codón-transferencia-ARN (XAA e YTT son el anticodón y el codón del ARNt y ARN mensajero, respectivamente; X e Y son bases no naturales, A y T son bases naturales); organismos que se replican fielmente y dependen de pares de bases no naturales, lo que podría permitir la evolución del genoma; y ARN no codificantes (como riboswitches, ribozimas y aquellos en ribonucleoproteínas) que tienen funciones aumentadas. Yo, grupo metilo; R representa los grupos azúcar y fosfato de los nucleótidos trifosfatos.

Observo que la vida en la Tierra se ha llevado bastante bien durante casi 4 mil millones de años sin un par de bases extra en el conjunto de ADN. Para que un organismo sea viable en el sentido evolutivo, supongo que tendrían que diseñarse nuevas vías metabólicas para sintetizar las bases de partida necesarias de los alimentos disponibles de forma natural. Sin embargo, como lo demuestra el artículo, las nuevas bases podrían tener funciones en organismos totalmente diseñados.

Esta es una indicación de cuán lejos han llegado los humanos para comprender las bases de la vida. Hemos llegado al punto en que nuestra comprensión y tecnología literalmente nos permiten o diseñan nuevas formas de vida. Queda por ver si podemos utilizar o no tales interpretaciones benéficamente.

La función principal del ADN es servir como almacenamiento de información. Esta información se replica en otra copia de ADN o se transcribe en ARN para traducirla más (la mayoría de las veces) en algo funcional. Dudo que este aspecto cambie si se agrega un par de bases adicional. Una diferencia significativa que se me ocurre es la cantidad de información almacenada para una longitud equivalente.

Por ejemplo, en el ADN con 4 bases, 1 ranura tiene 4 combinaciones, mientras que 2 tiene 16 (4 × 4). Si hubiera un par adicional, tendría 6 combinaciones para 1 ranura y 36 para 2.

Con exponencialmente más combinaciones por igual longitud, podría reducir el tamaño general del genoma. Digo potencialmente porque necesitarías proteínas más grandes y más complejas para interactuar con este ADN más complejo; alternativamente, podría tener una mayor variedad de proteínas, lo que también ocuparía más espacio de codificación. Por supuesto, todo esto es hipotético y creo que el ADN evolucionó con 4 bases (del ARN) porque fue lo más simple posible y, al mismo tiempo, efectivo. Como todas las cosas en evolución, solo podemos ver la información y hacer conjeturas fundamentadas de por qué son como son. Si tuviera que adivinar, diría que tener otra base supondría una carga pesada para la celda. Tener proteínas adicionales para la producción y el reconocimiento de las bases adicionales complicaría las cosas en exceso y proporcionaría poca ventaja. Sin mencionar los cambios que tendrían que hacerse en el proceso de traducción para evitar / superar la redundancia de tener 216 combinaciones para 3 bases.