miércoles, 2 de mayo de 2012

XNA or synthetic DNA, novel life forms?


The last landmark of synthetic biology has been published this month in Science. A group of scientists has generated synthetic nucleic acids able to store and transmit information and also of evolving, are we in front of novel life forms?

In our cells the molecule in charge of storing and propagating genetic information is DNA (deoxyribonucleic acid). In other systems, like a huge number of viruses, these functions are performed by RNA (ribonucleic acid). Both molecules have chains formed by nucleotides, which are composed of a sugar (deoxyribose in the case of DNA and ribose for RNA), a phosphate group as a linker and a nucleobase that names each nucleotide, A, C, G or T (U instead of T in the case of RNA). Nucleobases are the letters of the genetic alphabet and the different combinations are responsible for biological diversity. Besides, A bonds only to T or U and C only hybridizes to G and the cell uses this property to translate and copy the genetic information.

The six XNA designed (image from Science)
Now an international team of scientists, led by Philipp Holliger and Vitor Pinheiro from MRC, have generated molecules very similar to DNA but built using different sugars: XNA (xeno-nucleic acids, where X represents the different sugars employed). They have produced six different molecules, using not only pentoses (5 carbon sugars as the ones used in the natural nucleic acids) but also sugars of 3, 4 and six carbons. All the XNA generated hybridize to DNA and RNA. Even if biochemically they behave  as normal nucleic acids, XNA are not recognized by natural enzymes and to multiply them Pinheiro and colleagues have designed new polymerases able to synthesize XNAs from a DNA template and others capable of producing DNA from XNA, almost without making any mistake in the replicate. As if that were not enough, one of the XNAs was evolved in the lab to bind specifically and strongly to certain target molecules, that is, to work as an aptamer, being able to affect the cellular function of the target.  In addition, as XNAs are not recognized by the cellular machinery, they cannot be degraded either, giving way to their use as therapeutic agents or biomaterials.

The study published last week in Science opens the concept of biology, exploring alternative life forms, reflecting on the most primitive life molecule and laying the foundations to create new genetic systems, independent of DNA or RNA. The task is not trivial and the next step seems to be the generation of enzymes able to synthesize XNA from XNA, without the intermediary DNA used in this study. Are these breakthroughs dangerous? When asking this question to the expert Gerald Joyce he undoubtedly answers they are not, but he warns that we have to be careful when entering areas that “have the potential to harm our biology”. There is still a lot to do, we will follow their progresses!

sábado, 28 de abril de 2012

AXN o ADN sintético: ¿nuevas formas de vida?

El último hito de la biología sintética ha sido publicado este mes en la revista Science. Un grupo de científicos han generado  en el laboratorio ácidos nucleicos artificiales capaces de almacenar y transmitir información así como de evolucionar.  ¿Se inician nuevas formas de vida?



En nuestras células la molécula encargada de almacenar y propagar la información genética es el ADN(ácido desoxirribonucleico). En otros sistemas, como es el caso de un gran número de virus,  estas funciones las realiza el ARN(ácido ribonucleico). Ambas moléculas son cadenas formadas por nucleótidos, que están compuestos por un azúcar (desoxirribosa en el caso del ADN y ribosa en el del ARN), un grupo fosfato para conectar unos eslabones con otros  y una base nitrogenada, que da nombre a cada nucleótido, A, C, G o T (U en lugar de T en el caso del ARN). Las bases nitrogenadas son las letras del alfabeto genético y con sus  distintas combinaciones dan lugar a la gran diversidad biológica. Además son complementarias dos a dos (A con T o U y C con G) y este mecanismo lo utiliza la célula para traducir y  copiar la información genética.   
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Esquema de los seis XNAs diseñados por Pinheiro et al.

Ahora un equipo internacional de científicos, liderado por Philipp Holliger y Vitor Pinheiro del MRC,  han generado moléculas muy similares al ADN pero construidas con azúcares distintos  a los habituales: los AXN (ácido xeno-nucleicos, donde la X representa las distintas posibilidades de azúcares). Han construido seis diferentes, utilizando no sólo pentosas (azúcares de 5 carbonos como los de los ácidos nucleicos naturales) sino también azúcares de 3, 4 y 6 carbonos y todos los AXN diseñados hibridan con ADN y ARN. Sin embargo, los AXN no son reconocidos por las enzimas naturales y para conseguir multiplicarlos el equipo de Pinheiro ha diseñado nuevas polimerasascapaces de generar AXNs a partir de un molde de ADN y otras capaces de producir ADN a partir de AXN, prácticamente sin cometer errores en la réplica. Por si esto fuera poco, han conseguido que uno de los AXNs evolucione en el laboratorio para unirse específica y fuertemente a determinadas moléculas diana, es decir, que funcione como un aptámero, pudiendo interferir con la función celular de la molécula contra la que se dirige. Además, como no son reconocidos por la maquinaria celular tampoco pueden ser degradados, abriendo las puertas para su uso como agentes terapéuticos o biomateriales.

El estudio publicado esta semana en Science amplía el concepto de biología, explorando formas de vida alternativas, reflexionando sobre la molécula de vida más primitiva y sentando las bases para la creación de nuevos sistemas genéticos, independientes del ADN o el ARN. La tarea no es sencilla y entre lo mucho por hacer parece que el siguiente paso consiste en el diseño de enzimas capaces de generar AXNs a partir de AXNs, sin pasar por el ADN intermediario que utilizan en este estudio.  ¿Son peligrosos estos avances?  Cuando se hace esta pregunta al experto en la materia Gerald Joyce responde sin dudarlo que no, pero que debe prestarse atención al asunto, puesto que debemos ser cautos utilizando herramientas para las que nuestra biología no está preparada. Mucho queda aún por hacer, seguiremos pendientes.

AXN o ADN sintético: ¿nuevas formas de vida?

El último hito de la biología sintética ha sido publicado este mes en la revista Science. Un grupo de científicos han generado  en el laboratorio ácidos nucleicos artificiales capaces de almacenar y transmitir información así como de evolucionar.  ¿Se inician nuevas formas de vida?



En nuestras células la molécula encargada de almacenar y propagar la información genética es el ADN (ácido desoxirribonucleico). En otros sistemas, como es el caso de un gran número de virus,  estas funciones las realiza el ARN (ácido ribonucleico). Ambas moléculas son cadenas formadas por nucleótidos, que están compuestos por un azúcar (desoxirribosa en el caso del ADN y ribosa en el del ARN), un grupo fosfato para conectar unos eslabones con otros  y una base nitrogenada, que da nombre a cada nucleótido, A, C, G o T (U en lugar de T en el caso del ARN). Las bases nitrogenadas son las letras del alfabeto genético y con sus  distintas combinaciones dan lugar a la gran diversidad biológica. Además son complementarias dos a dos (A con T o U y C con G) y este mecanismo lo utiliza la célula para traducir y  copiar la información genética.   
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Esquema de los seis XNAs diseñados por Pinheiro et al.

Ahora un equipo internacional de científicos, liderado por Philipp Holliger y Vitor Pinheiro del MRC,  han generado moléculas muy similares al ADN pero construidas con azúcares distintos  a los habituales: los AXN (ácido xeno-nucleicos, donde la X representa las distintas posibilidades de azúcares). Han construido seis diferentes, utilizando no sólo pentosas (azúcares de 5 carbonos como los de los ácidos nucleicos naturales) sino también azúcares de 3, 4 y 6 carbonos y todos los AXN diseñados hibridan con ADN y ARN. Sin embargo, los AXN no son reconocidos por las enzimas naturales y para conseguir multiplicarlos el equipo de Pinheiro ha diseñado nuevas polimerasas capaces de generar AXNs a partir de un molde de ADN y otras capaces de producir ADN a partir de AXN, prácticamente sin cometer errores en la réplica. Por si esto fuera poco, han conseguido que uno de los AXNs evolucione en el laboratorio para unirse específica y fuertemente a determinadas moléculas diana, es decir, que funcione como un aptámero, pudiendo interferir con la función celular de la molécula contra la que se dirige. Además, como no son reconocidos por la maquinaria celular tampoco pueden ser degradados, abriendo las puertas para su uso como agentes terapéuticos o biomateriales.

El estudio publicado esta semana en Science amplía el concepto de biología, explorando formas de vida alternativas, reflexionando sobre la molécula de vida más primitiva y sentando las bases para la creación de nuevos sistemas genéticos, independientes del ADN o el ARN. La tarea no es sencilla y entre lo mucho por hacer parece que el siguiente paso consiste en el diseño de enzimas capaces de generar AXNs a partir de AXNs, sin pasar por el ADN intermediario que utilizan en este estudio.  ¿Son peligrosos estos avances?  Cuando se hace esta pregunta al experto en la materia Gerald Joyce responde sin dudarlo que no, pero que debe prestarse atención al asunto, puesto que debemos ser cautos utilizando herramientas para las que nuestra biología no está preparada. Mucho queda aún por hacer, seguiremos pendientes.

martes, 24 de abril de 2012

Razones para empezar...


Las noticias de los recortes presupuestarios en ciencia han bajado el ánimo de todos en el laboratorio, y es que el tijeretazo ha sido aún mayor de lo que se esperaba: un 25% que rebaja la inversión pública en I+D+i a niveles de 2005.  Previendo esta situación, algunas de las asociaciones científicas más importantes enviaron el mes pasado una carta abierta a los gobiernos centrales y autonómicos,  pidiendo una excepción en la severidad de los recortes en ciencia. La argumentación es clara: España necesita un nuevo modelo económico basado en el conocimiento para ser competitiva y la investigación debe ser una prioridad. La carrera en ciencia e innovación es global y el resto de países no va a detenerse a esperar nuestra recuperación para seguir avanzando, dejándonos irremediablemente atrás si no se reciben los fondos suficientes para seguir en la brecha.  La carta fue apoyada por más de 26.000 firmantes individuales. Esta cifra puede parecer alta pero si se compara con las 516.00 firmas reunidas contra la prohibición de las corridas de toros en Cataluña el número empequeñece al instante.  ¿Por qué no se lograron más adhesiones? ¿Fue un error de marketing/comunicación  o es que la sociedad española no considera la ciencia una prioridad? ¿Hemos perdido la batalla de la comunicación? ¿Cómo queremos que sea España dentro de 50 años? ¿Está la ciencia española tan alejada de la sociedad? La razón por la que inicio este blog es para aproximar la ciencia a aquellos que tienen una pequeña curiosidad por lo desconocido, para hacerla más accesible a los interesados en participar en el apasionante proceso del descubrimiento. ¡Espero que lo disfrutéis!

Razones para empezar...


Las noticias de los recortes presupuestarios en ciencia han bajado el ánimo de todos en el laboratorio, y es que el tijeretazo ha sido aún mayor de lo que se esperaba: un 25% que rebaja la inversión pública en I+D+i a niveles de 2005.  Previendo esta situación, algunas de las asociaciones científicas más importantes enviaron el mes pasado una carta abierta a los gobiernos centrales y autonómicos,  pidiendo una excepción en la severidad de los recortes en ciencia. La argumentación es clara: España necesita un nuevo modelo económico basado en el conocimiento para ser competitiva y la investigación debe ser una prioridad. La carrera en ciencia e innovación es global y el resto de países no va a detenerse a esperar nuestra recuperación para seguir avanzando, dejándonos irremediablemente atrás si no se reciben los fondos suficientes para seguir en la brecha.  La carta fue apoyada por más de 26.000 firmantes individuales. Esta cifra puede parecer alta pero si se compara con las 516.00 firmas reunidas contra la prohibición de las corridas de toros en Cataluña el número empequeñece al instante.  ¿Por qué no se lograron más adhesiones? ¿Fue un error de marketing/comunicación  o es que la sociedad española no considera la ciencia una prioridad? ¿Hemos perdido la batalla de la comunicación? ¿Cómo queremos que sea España dentro de 50 años? ¿Está la ciencia española tan alejada de la sociedad? La razón por la que inicio este blog es para aproximar la ciencia a aquellos que tienen una pequeña curiosidad por lo desconocido, para hacerla más accesible a los interesados en participar en el apasionante proceso del descubrimiento. ¡Espero que lo disfrutéis!

Reasons to start...


A few weeks ago in the lab we were quite discouraged because of the budget cuts in science that the Spanish scientific community will have to face this year: 25% reduction may not be bad but tragic. Economic reforms are affecting all fields in Spain, but it is already the third consecutive year the budget for science decreases and in a way bigger than expected.  With the current bill, the investment in Research and Development and innovation has slumped to levels of 2005, in a world where research race is global and lightning fast: unfortunately, nobody is going to wait for us to recover from the economic crisis, leaving us behind.  
Foreseeing the situation, some of the most important Spanish scientific associations sent last month an open letter to the Spanish government asking for an exception in the severity of the cuts for science, arguing that Spain needs a new economic model, based on knowledge, and that research should be a priority.  The letter gathered 26.000 individual signatures. It looks like a big number, but if you compare it to the 516.000 signatures collected against the ban of bullfighting in Cataluña it really looks small. Why couldn’t we gather more signatures? Was it a marketing/communication mistake or is it that the Spanish society does not consider science a priority? What do we want our country to become in the next 50 years? Is science in Spain so far from common people? The reason I am starting this blog is to approach science to all those interested in unraveling mysteries, to make it more accessible to those who want to participate in the process of discovery. Hope you enjoy!

viernes, 20 de agosto de 2010

El mayor banco de frutas y bayas de Europa a punto de desaparecer

En 1943 moría de hambre en la cárcel de Saratov el gran genetista y botánico ruso Nikolai Ivanovich Vavilov. En 2010, Año Internacional de la Biodiversidad, uno de los logros conseguidos por Vavilov, la Estación Experimental Pavlovsk que alberga más de 5000 variedades de cultivo, corre el riesgo de desaparecer para transformar el terreno en viviendas.


Vavilov nació en Moscú en 1887 y tras graduarse en el Instituto de Agricultura comenzó una exitosa carrera con marcado enfoque internacional. Varios fueron los temas a los que dedicó su trabajo, destacando el estudio del origen geográfico de las plantas cultivadas y sus variaciones genéticas. Esta línea de trabajo le llevó a organizar expediciones en busca de nuevas variedades por países tan alejados como Etiopía, Afganistán o Estados Unidos. En estos viajes recolectó miles de variedades de distintas plantas de interés económico que se cultivaban y estudiaban en los más de 400 centros de investigación y estaciones experimentales que había fundado entre 1920 y los primeros años de la década de los 30.

Una de estas estaciones, inaugurada en 1926 cerca de San Petersburgo, es la Estación Experimental Pavlovsk, que en la actualidad es el mayor repositorio de bayas y frutas de toda Europa, albergando desde cientos de variedades de grosellas y frambuesas a manzanas o cerezas, un 90% de las cuales no se encuentran almacenadas en ningún otro banco. Pero gran parte de estas semillas no se encuentran preservadas como en otros respositorios: al tratarse de variedades difíciles de crecer a partir de semillas, los cultivos están sembrados en los terrenos de la estación. Recientemente las 70 hectáreas de Pavlovsk, al tratarse de una propiedad federal no lucrativa, fueron recalificadas por una agencia gubernamental rusa (Russian Housing Development Foundation, RHDF) para ser urbanizadas, decisión que ratificó recientemente la justicia.

Para luchar contra este propósito, que supondría acabar con el trabajo llevado a cabo durante más de 80 años y la pérdida de una riqueza genética más que necesaria para afrontar los desafíos alimentarios del futuro, el Global Crop Diversity Trust ha organizado una campaña a través de Twitter y Change.org para pedirle al presidente de Rusia Medvedev que intervenga y revoque esta decisión. A día de hoy gracias a las distintas plataformas ya se han recogido más de 26.000 firmas y Medvedev anunció el pasado viernes 13 de Agosto vía Twitter que revisará los detalles del caso.

La estación experimental no puede simplemente ser trasladada. Se requeriría un lugar adecuado, millones de euros y años para llevar a cabo la empresa con ciertas garantías de éxito. No es la primera vez que la estación experimental Pavlovsk pasa por momentos difíciles: durante los 900 días de asedio a Leningrado 12 científicos eligieron perecer de hambre en lugar de alimentarse de las semillas que en aquel momento contenía la estación. Curiosamente la desnutrición terminó también con la vida de su fundador, Vavilov, que al disentir de los principios lysenkoistas había sido encarcelado al parecer por orden directa de Stalin, acusado de sabotear la agricultura rusa, de espionaje y de tener trato con la oposición rusa en el exilio.

En la Estación Experimental Pavlovsk se encuentra reunido un importante acervo genético necesario para que los cultivos puedan adaptarse a los nuevos retos climáticos y a las demandas de mayor productividad. Además es el fruto de un gran esfuerzo humano y científico. Para ayudar a detener su destrucción envía un mensaje a Medvedev a través de Twitter o firma en

http://www.change.org/croptrust/petitions/view/tell_the_president_of_russia_to_stop_the_destruction_of_the_future_of_food

Referencias:

http://www.jic.ac.uk/centenary/timeline/info/NIVavilov.htm

http://www.croptrust.org/main/

http://www.nature.com/news/2010/100811/full/news.2010.400.html