El ADN es la base de la vida, una molécula que contiene la información genética de cada ser vivo. Pero para que las células puedan dividirse y transmitir esta información, el ADN debe desenrollarse y replicarse con precisión. Hasta ahora, el proceso exacto por el cual el ADN comienza a desenrollarse era un misterio. Un equipo de investigadores de la King Abdullah University of Science and Technology (KAUST) ha logrado observar este fenómeno por primera vez, utilizando tecnología de vanguardia para capturar el instante en que la doble hélice se abre y se prepara para la replicación.
Este estudio, publicado en Nature, representa un avance crucial en la comprensión de la replicación del ADN. Los científicos han logrado describir en detalle cómo una enzima llamada helicasa separa las hebras de ADN, utilizando un mecanismo sorprendentemente eficiente. La investigación no solo mejora nuestro conocimiento de la biología molecular, sino que también sugiere aplicaciones en nanotecnología, ya que estos procesos naturales podrían inspirar el diseño de nanomáquinas artificiales.
Una mirada sin precedentes al desenrollado del ADN
Para que la vida continúe, las células deben copiar su ADN de manera precisa. Este proceso comienza cuando la helicasa, una enzima especializada, se une a la doble hélice y la abre, separando sus dos cadenas para que puedan ser copiadas. Aunque se sabía que la helicasa es clave en este mecanismo, hasta ahora no se había observado directamente cómo lo hace a nivel atómico.
Gracias a la criomicroscopía electrónica (cryo-EM), los investigadores lograron visualizar este proceso con una resolución sin precedentes. El estudio muestra cómo la helicasa se ensambla en la forma de un hexámero y se posiciona en la horquilla de replicación. Allí, utiliza energía derivada del ATP para "tirar" de una de las hebras del ADN mientras empuja la otra en la dirección opuesta. Este mecanismo de separación ocurre en ciclos precisos, lo que garantiza una apertura eficiente del ADN.
El papel del ATP: un interruptor de entropía
Uno de los hallazgos más sorprendentes del estudio es la forma en que la helicasa utiliza el ATP, la molécula energética de la célula. En lugar de actuar como un simple motor, el ATP funciona como un "interruptor de entropía", eliminando barreras que permiten que el ADN se desenrolle de forma más eficiente.
Este descubrimiento es importante porque desafía la visión tradicional de que la helicasa simplemente usa ATP como una fuente de energía lineal. En realidad, la hidrólisis de ATP cambia la estructura de la helicasa de manera que reduce la resistencia del ADN al desenrollado. Esta estrategia permite que el proceso sea más controlado y menos costoso energéticamente, un principio que podría ser clave para el diseño de futuras nanomáquinas moleculares.
Un modelo de replicación aplicable a otros organismos
El estudio se centró en la helicasa del Virus Simian 40 (SV40), pero sus implicaciones van más allá de este organismo. Los investigadores sugieren que el modelo de desenrollado del ADN que han descrito puede aplicarse a sistemas más complejos, incluidos los eucariontes.
La estructura y el mecanismo de la helicasa del SV40 son similares a los de la helicasa CMG, que desempeña un papel clave en la replicación del ADN en células humanas. Esto indica que los mismos principios pueden estar presentes en organismos más complejos, ayudando a comprender mejor cómo funciona la replicación del ADN en todas las formas de vida.
Implicaciones para la nanotecnología y la bioingeniería
Más allá de su importancia para la biología, este hallazgo abre la puerta a posibles aplicaciones en nanotecnología. Las helicasas son máquinas biológicas altamente eficientes, y su mecanismo de funcionamiento podría inspirar el desarrollo de dispositivos nanotecnológicos que requieran precisión en la manipulación de moléculas.
El estudio sugiere que las nanomáquinas futuras podrían diseñarse para funcionar con mecanismos similares al de la helicasa, utilizando interruptores de entropía en lugar de sistemas de propulsión lineales. Esto podría hacer que los dispositivos moleculares sean más eficientes energéticamente y más precisos en sus funciones.
Referencias
- Taha Shahid et al., Structural dynamics of DNA unwinding by a replicative helicase, Nature (2025). DOI: 10.1038/s41586-025-08766-w
