Experimentos básicos resultados grandiosos

Las enzimas de restricción se descubrieron durante los experimentos en los que se intentaba determinar la capacidad de los bacteriófagos para infectar dos cepas distintas de e. coli llamadas cepa B y cepa K. Parece una cosa como para no financiar el proyecto, ciencia básica con poca probabilidad de dar algo realmente rompedor y patentable. Pero en esa baja probabilidad se escondía un filón que cambiaría para siempre la historia de la humanidad. Estaban ahí pero había que descubrirlas.

En dichos experimentos los virus bacteriófagos (fagos) se incubaban con una cepa y se estudiaba la producción de virus que luego se utilizaban en los siguientes experimentos. Encontraron que los fagos que infectaban la cepa B tras lisarlas y producir millones de nuevos fagos eran capaces de infectar otros cultivos bacterianos de esta misma cepa. Pero no lo hacían tan bien al introducirlos en cultivos de la variante K. En su lugar se hallaba un producción muy baja de nuevas partículas. Al volverlas a utilizar con la misma variante K la producción mejoraba y si esto se repetía se conseguía cada vez más producción vírica. En cambio, si se volvía en este estadio a intentar infectar la variante B, se volvía a repetir el efecto de restricción de la creación de partículas víricas.

Los investigadores postularon que existía un mecanismo que restringía la infección del fago extraído de una bacteria cuando infectaba a otra cepa. Así mismo, postularon que la restricción de la infectividad del fago se veía anulada o comprometida cuando su ADN se había replicado en el interior de una bacteria de la misma cepa. La prueba era que la infectividad se restablecía después de unas tandas de replicación en el interior de una cepa dada.

Este mecanismo es una especie de sistema inmune bacteriano y consiste marcar la citosinas (una de la cuatro bases) del ADN propio en una secuencia específica, por ejemplo GAATTC*, para lo que debe haber una enzima que reconozca esta secuencia le añada un grupo metilo, el marcador. El segundo eslabón es otro enzima que reconozca esta misma secuencia y la escinda si no está marcada, la nucleasa. Por tanto, cuando entre en la bacteria ADN exógeno, viral por ejemplo, la enzima de restricción reconocerá esta secuencia, si la hay, y lo troceará. Si alguno por azar escapa a este sistema en la próxima división su ADN quedará modificado y podrá infectar sin ser restringido, será como ADN endógeno.

Precisamente por ello, al entrar en una bacteria con un sistema de modificación restricción distinto, que se base en otra secuencia, su marcaje no será adecuado y será procesado por la troceadora. Es por ello, que al cambiar el fago de una cepa a otra resultaba poco efectivo en primera instancia.

Estos experimentos de finales de los 60 dieron como resultado final el aislamiento de un tipo de enzimas capaces de encontrar secuencias específicas de entre 4-8 nucleótidos y cortarlas, decenas o cientos de ellas. Posteriormente se descubrió la forma de utilizar estas enzimas para unir ADN procedente de diferentes organismos y voilá había nacido la ingeniería genética.

Para inicios de los 70 los enzimas de restricción habían cambiado el panorama para escudriñar los genomas y sus secretos y más cuando Herb Boyer y Stanley Cohen inventaron la tecnología del ADN recombinante con plásmidos bacterianos. El mundo había cambiado otra vez más, la creación se había reinicidado.

El descubrimiento hacia finales de la década del los 60 de la endonucleasas de restricicón por Werner Arber, Hamilton Smith y Daniel Nathans les valió el premio Nobel más tarde en 1978.

EcoRI restriction enzyme endonuclease discovery cutting DNA and producing sticky-ends

El descubrimiento de las enzimas de restricción separaró la creación y dio lugar a una nueva era posibilidades. La enzima EcoR1 reconoce una secuencia específica 5′-GAATTC-3′ y se une a cadenas dobles de ADN con esta secuencia en una y otra dirección al palíndromo (se lee lo mismo en una u otra dirección), formando un pinza doble que se une al ADN y lo corta dejando extremos desiguales, cuatro bases más largos en 5′, que se denominan pegajosos. Son capaces de unirse a otras cadena de ADN con segmentos iguales por apareamiento de bases.

REFERENCIAS

RESTRICTION ENDONUCLEASES: MOLECULAR SCISSORS FOR SPECIFICALLY CUTTING DNA. By Megan Simmer & David Secko

Meselson M., Yuan R. (1968). DNA restriction enzyme from E. coli. Nature 217: 1110-4.
Wilson G.G., Murray N.E. (1991). Restriction and Modification Systems. Annu. Rev. Genet. 25: 585-627.
3Kessler C., et. al. (1985). Recognition sequences of restriction endonucleases and methylases—a review. Gene 33: 1-102.

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