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Lun, Dic

En la búsqueda de los errores del ADN

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Durante los próximos dos años, el bioinformático molecular Francisco Melo, diseñará una variante mejorada de una proteína capaz de reconocer y reparar ADN dañado. 

El proyecto “Desarrollo de una variante mejorada de la proteína MutS para su aplicación en la industria biotecnológica” fue concebido de una manera atípica en el 2013 por el estudiante del Programa de Doctorado de Ciencias Biológicas UC, Juan José Cifuentes, quien colaboraba junto al Dr. Francisco Melo en el reconocimiento molecular entre proteínas de ADN. A diferencia de otras tesis donde el tutor pautea la investigación, la idea intelectual en este caso es original del candidato a doctor. El proyecto actual es complementario al trabajo de investigación que realiza el profesor Melo a través del Fondecyt Regular, donde estudia un factor de transcripción bacteriano como modelo para entender la especificidad de reconocimiento entre proteínas de ADN. 

El proyecto ha sido financiado mediante el concurso IDeA en Dos Etapas. Durante los dos primeros años, esta  iniciativa ciento por ciento de ciencia aplicada identificará una variante mejorada de una proteína que reconoce y repara ADN dañado, a fin de convertirse en un insumo para empresas que ofrecen síntesis de genes. La segunda etapa, si se cumple con las expectativas esperadas para este tipo de instrumento, será proteger la idea, producir de manera estandarizada la nueva proteína diseñada y bajo normas de calidad y prueba de concepto a nivel industrial que mediante firma de MTA (Material Transfer Agreement) podrán ser implementadas en una o más empresas. “Es un proyecto arriesgado, pero si funciona se conseguirá una transferencia efectiva al sector industrial”, señala el académico UC y líder del proyecto, Dr. Francisco Melo.

Estudios experimentales con ratones han evidenciado que cuando se extraen los genes y se mutan, sólo una docena de proteínas son capaces de reparar el daño del ADN. Existen múltiples daños químicos asociados con el deterioro de la estructura de la doble hélice, pero ¿cómo logra un conjunto reducido de proteínas de 3 o 4 vías distintas de reparación reconocer tal diversidad de daños? “Hay un mecanismo común de reconocimiento, donde las enzimas identifican la forma del ADN que se altera; no obstante, este proyecto se basa en la proteína MutS, que se especializa en reconocer cuando el ADN tiene un error de apareamiento bases”, señala el académico. 

Lo interesante de esta enzima son sus aplicaciones comerciales. Una corresponde al mercado de la biología sintética. Una persona puede digitar en la computadora una secuencia de un gen de ADN, pero mientras más largo ese gen, mayor dificultad supondrá sintetizarlo porque se producen errores. La identificación de estos fallos consume tiempo, horas hombre y recursos. “Al usar esta enzima, el proceso de síntesis secuestra el ADN que tiene errores por sobre del que no lo tiene, llegando a la síntesis de un gen fidedigno mucho más rápido”. Es un insumo para las empresas biotecnológicas que ofrecen síntesis de genes largos a bajo costo y que se enfrentan a un gran problema hoy en día: las únicas proteínas patentadas unen casi con la misma fuerza el ADN dañado y el normal, con lo cual no se logra una diferenciación óptima del ADN que contiene errores. “Imagínate que tenemos un juego de legos con muchas piezas defectuosas, que no se ensamblan bien. Estamos haciendo un producto para que las piezas de los legos se ensamblen bien, a fin de que se puedan hacer construcciones más sofisticadas y más grandes”, explica el líder del proyecto. 

 “Lo que queremos hacer es implementar cambios en esta proteína y generar una variante que reconozca con mucha más fuerza el ADN dañado que el normal, de esta manera, con poca proteína puedo lograr lo que hoy se consigue con mucha proteína. Esto cumple con los criterios de patentabilidad y protección de propiedad intelectual porque es novedoso, no es obvio y agrega valor, es decir, mejorar una aplicación comercial que ya existe”.

El segundo ámbito de aplicación es el de la medicina personalizada. Hay muchas enfermedades complejas que no se deben a una mutación puntual en un gen sino a un polimorfismo, es decir, variaciones en diferentes genes que son frecuentes de ocurrir en una población. Si bien hay muchos grupos investigando cómo estos polimorfismos inciden en el riesgo de padecer diabetes, Alzheimer, infarto al miocardio, no existe un examen común para todas enfermedades; por el contrario, se analiza el material genético de forma individual. “En ese proceso de identificación de los polimorfismos de la variable genética, si seleccionas la zona del ADN que quieres medir y separas las hebras maternas y paternas y las mezclas, cuando se forma el ADN nuevo se produce un error de apareamiento base, el cual puede ser detectado por la nueva proteína que queremos producir. Hoy en día se gasta mucho dinero en secuenciar y leer ADN normal. Si uso la proteína MUTS mejorada como un filtro para enriquecer las muestras de ADN de un paciente que tienen polimorfismos, podré leer mucho más información de los polimorfismos que la información que no me interesa”. Nuevamente, la proteína serviría como insumo para obtener mejores resultados en el análisis de tipificación genética de la medicina personalizada. 

El tercer uso de esta proteína es para industrias dedicadas a la manufactura de biomoléculas, es decir, aquellas que generan células mediante ingeniería metabólica. “Cuando tienes una célula modificada que produce una molécula con valor agregado, quieres que esa cepa sea lo más estable posible a lo largo del tiempo, que no sufra variabilidad genética. Si introduces MutS mejorada podrías tener una cepa que dure estable mucho tiempo más”, explica el académico.

Es un proyecto tecnológico, donde esperamos tener una molécula novedosa, diferente, mejorada para las dos primeras aplicaciones mencionadas”. El profesor Melo tendrá una participación activa a nivel de bioinformática. “Actualmente tenemos resuelta la estructura de la proteína MutS con ADN dañado, queda por identificar los aminoácidos de la proteína que debiésemos tener que modificar y sofisticar la construcción de las variantes”. 

El equipo de trabajo estará integrado por Juan José Cifuentes y Rodrigo De la Iglesia como coinvestigadores, Pamela Villouta estará a cargo de la producción de estas moléculas y de los ensayos in vitro e in vivo y, Constanza Guerra, estudiante de pregrado, colaborará en la producción de las variantes de la proteína para hacer las pruebas de ensayo.