Investigadores de la Universidad Northwestern han realizado un avance significativo en la comprensión del comportamiento del ADN, revelando que la separación de cadenas, un proceso esencial antes de la replicación o reparación, puede requerir más fuerza mecánica de lo que se pensaba anteriormente. Este hallazgo desafía algunas de las prácticas convencionales en los laboratorios de bioquímica que estudian el ADN.
Tradicionalmente, el ADN se aísla en soluciones acuosas que permiten manipulaciones sin la interferencia de otras moléculas. En estos entornos controlados, se suele aplicar calor, elevando la temperatura del ADN a más de 65°C, un rango que las células nunca alcanzan de forma natural. Sin embargo, en un entorno celular real, el ADN se encuentra en un medio extremadamente denso, donde proteínas específicas se adhieren a él para desenrollar la doble hélice y separarla.
El profesor John Marko, líder de la investigación y experto en biosciencias moleculares y física, explica que «el interior de la célula está repleto de moléculas, mientras que la mayoría de los experimentos de bioquímica se llevan a cabo en condiciones de baja densidad». Compara la situación a una partida de billar, donde las bolas chocan entre sí, dificultando la apertura de la estructura del ADN.
Metodología y hallazgos
En el laboratorio de Marko, se utilizaron pinzas magnéticas microscópicas para separar el ADN, fijando un extremo a una superficie y el otro a partículas magnéticas. Esta técnica de imagen ha estado en uso durante 25 años, y Marko fue pionero en su aplicación. Junto con el investigador postdoctoral Parth Desai, realizaron experimentos que no solo identifican, sino que también cuantifican el estrés mecánico causado por la densidad molecular, cuyos resultados se publicarán en el Biophysical Journal.
Desai introdujo tres tipos de moléculas en la solución con el ADN para simular la acción de las proteínas. Investigó interacciones entre glicerol, etilenglicol y polietilenglicol, cada uno de aproximadamente el tamaño de una doble hélice de ADN. «Queríamos tener una variedad de moléculas que causaran deshidratación, desestabilizando mecánicamente el ADN, y otras que lo estabilizaran», comentó Desai. Aunque estas moléculas no son exactamente análogas a las que se encuentran en las células, se puede inferir que las proteínas en el interior celular podrían tener efectos similares, dependiendo de su competencia por el agua.
Este tipo de investigación, aunque fundamental, ha sido la base de numerosos avances médicos, como la secuenciación profunda del ADN, que permite a los científicos secuenciar un genoma humano completo en menos de un día. Marko también sugiere que estos hallazgos pueden tener aplicaciones en otros procesos bioquímicos fundamentales, indicando que «si esto afecta a la separación de cadenas de ADN, todas las interacciones de proteínas con el ADN también se verán afectadas».
El equipo de investigación planea continuar sus experimentos incorporando múltiples agentes de hacinamiento, acercándose así a una representación más precisa de un entorno celular, y explorando cómo las interacciones entre enzimas y ADN se ven influenciadas por este hacinamiento molecular.
