Biólogos desarrollan una transcriptasa inversa que puede corregir errores

Una de las señas de identidad de muchas DNA polimerasas es que pueden corregir errores a medida que copian DNA, asegurando réplicas de alta fidelidad del genoma de un organismo. Sin embargo, esta capacidad de comprobación de errores no se da en unas enzimas llamadas transcriptasas inversas, que traducen secuencias de RNA a DNA.

Al menos, ese era el caso hasta que los investigadores liderados por Jared W. Ellefson y Andrew D. Ellington de la Universidad de Texas, Austin, usaron la evolución dirigida para convertir una DNA polimerasa en una transcriptasa inversa capaz de corregir errores (Science 2016, DOI: 10.1126/science.aaf5409).

La nueva enzima podría usarse en laboratorios interesados en hacer una secuenciación precisa de RNAs existentes en las células, según Ellefson. Normalmente este proceso implica la conversión de RNA a DNA, el cual se amplifica usando técnicas de reacción en cadena de la polimerasa (PCR). Si los investigadores analizan RNA de una sola célula, cualquier error en la conversión de RNA a DNA también se ve amplificado. “Esta enzima podría suponer un antes y un después para los análisis a nivel de una sola célula”, comenta Vitor Pinheiro, que desarrolló DNA polimerasas en la University College London.

Las transcriptasas inversas catalizan prácticamente la misma reacción que las DNA polimerasas. Ambas unen bases de DNA siguiendo una plantilla de ácido nucléico: sólo se diferencian en la plantilla. Por lo tanto, los investigadores tuvieron que desarrollar una DNA polimerasa que leyese una plantilla RNA en lugar de una de DNA.

Para hacerlo, el equipo incorporó una biblioteca de DNA polimerasas mutadas aleatoriamente en células de Escherichia coli. Insertaron unas pocas bases de RNA en las cadenas de DNA necesarias para la función enzimática, forzando a las DNA polimerasas a desarrollar habilidades de transcriptasa inversa. El equipo repitió el proceso, incrementando el número de bases de RNA, hasta que las DNA polimerasas de la bacteria pudieron leer completamente RNAs a la vez que mantenían sus habilidades de corrección de errores. La conversión requirió alrededor de una docena de mutaciones de aminoácidos en el DNA polimerasa.

El trabajo también resolvió un antiguo enigma en la bioquímica evolutiva, tal y como dice Ellefson. Es decir, ¿por qué las enzimas transcriptasa inversa son inherentemente propensas a errores, mientras que muchas DNA polimerasas tienen una precisión exquisita? Los cambios relativamente menores necesarios para evolucionar una transcriptasa inversa propensa a errores, sugieren que esa copia poco precisa puede conferir una ventaja evolutiva a organismos que usan estas enzimas. Por ejemplo, el VIH usa transcriptasas inversas para copiar su genoma de RNA a DNA y después insertarlo en un genoma huésped. Los errores de copia probablemente hacen posible la rápida evolución del VIH, permitiendo al patógeno estar un paso por delante del sistema inmune humano, añadió Pinheiro.

El trabajo también sugiere que las DNA polimerasas podrían evolucionar para adaptarse a otros ácidos nucléicos además del RNA, como ácidos nucleicos sintéticos. Sin embargo, Pinheiro advierte que los biólogos sintéticos podrían no querer dar a organismos manipulados la capacidad de convertir ácidos nucléicos a ADN, para así mantenerlos separados del mundo natural.

Traducción al español producida por Adrián Muñoz de Divulgame.org para C&EN. La versión original (en inglés) del artículo está disponible aquí.