PCR, extremófilos y vida
extraterrestre
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"... one would hope to obtain two structures, each containing the full length of the template strand appropriately complexed with the primer. DNA polymerase will be added to complete the process of repair replication. Two molecules of the original duplex should result. The whole cycle could be repeated, there being added every time a fresh dose of the enzyme."
“Uno
podría esperar obtener dos estructuras, cada uno conteniendo una cadena de
templado de tamaño completo formando un complejo con el cebador. La ADN
polimerasa deberá agregarse para completar el proceso de replicación
reparación. Dos moléculas del dúplex original deberían resultar. El ciclo
completo podría ser repetido, agregando cada vez que una nueva dosis de la
enzima".
El primer artículo sobre la
aplicación de la técnica de PCR fue publicado en la revista Science en 1985 y
se refería a la amplificación de las secuencias genómicas de la beta-globina. El
objetivo del trabajo fue encontrar la mutación para la anemia de células
falciformes o anemia drepanocítica (sickle cell anaemia) a partir de muestras
clínicas (4).
En las primeras reacciones de PCR
se utilizó una enzima termolábil (4,5), la ADN polimerasa I de Escherichia coli, en realidad el
fragmento de Klenow (6), y se debía agregar polimerasa fresca luego de cada ciclo ya
que la misma se desnaturalizaba. En el trabajo de Saiki de 1988 (7) se
incorporó una polimerasa termoestable purificada a partir de una bacteria
termófila, Thermus aquaticus (Taq), que
podía sobrevivir a una incubación prolongada a 95°C.
T. aquaticus fue hallada en 1969
por Thomas D. Brock y Hudson Freeze de la Universidad de Indiana (Pasaremos por
alto el chascarrillo obvio que “Freeze descubriera a Thermus”) en la cuenca
inferior de los géiseres del parque nacional de Yellowstone, cerca de los
grandes géiseres Great Fountain y White Dome y luego encontrada en otros
hábitats termales similares de otra partes del mundo (8,9). La Taq Polimerasa
fue descripta por Alice Chien, David B. Edgar y John M. Trela de la Universidad
de Cincinnati en 1976 (10).
Pfu es otra ADN
polimerasa utilizada comúnmente en los laboratorios de biología molecular. Pfu procede
de la arqueobacteria Pyrococcus furiosus, organismo aislado de sedimentos
marinos calentados geotérmicamente en la isla de Vulcano, Italia por Karl
Stetter y Gerhard Fiala de la Universidad Regensburg, Alemania (11).
Thermus
aquaticus y Pyrococcus furiosus pertenece a un conjunto de organismos conocidos
como extremófilos: organismos que pueden vivir en condiciones extremas de temperatura,
presión, acidez, concentración de sales, en presencia de compuestos tóxicos o
radiación (12,13).
El
descubrimiento de los extremófilos coincide con un re-posicionamiento de la
teoría de la Panspermia (del griego pan: todo y sperma: semilla). Esta teoría postula
que la vida en la Tierra podría tener un origen extraterrestre (los primeros
organismos o protoorganismos provienen de otras regiones del universo y habrían
sido transportados a la Tierra por meteoritos).
Si bien, en teoría,
el viaje interespacial de microorganismos supondría la exposición a condiciones
extremas de vacío, radiación UV y radiación cósmica potencialmente letales (14)
algunos experimentos realizados en la Estación Espacial Internacional demuestran “que algunas de las comunidades de microbios más robustas provenientes de
regiones hostiles extremas de la Tierra son parcialmente resistentes a los más hostiles
ambientes del espacio exterior”(15).
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| Francis Crick |
Bibliografía
1- Dancing Naked in the Mind Field. Kary Mullis. Random House LLC, 2010. El libro
refleja la excentricidad de su autor y trata temas que van desde la PCR hasta
la astrología. Ver!
3 – Studies on
polynucleotides. XCVI. Repair replications of short synthetic DNA's as
catalyzed by DNA polymerases. Kleppe K, Ohtsuka E, Kleppe R, Molineux I,
Khorana HG. J Mol Biol. 1971 Mar 14;56(2):341-61. PMID: 4927950. PubMed
4- Enzymatic amplification of
beta-globin genomic sequences and restriction site analysis for diagnosis of
sickle cell anemia. Saiki RK, Scharf S,
Faloona F, Mullis KB, Horn GT, Erlich HA, Arnheim N. Science. 1985 Dec
20;230(4732):1350-4. PMID: 2999980. PubMed.
5- Specific enzymatic
amplification of DNA in vitro: the polymerase chain reaction. Mullis K, Faloona
F, Scharf S, Saiki R, Horn G, Erlich H. Cold Spring Harb Symp Quant Biol.
1986;51 Pt 1:263-73. PMID: 3472723. PubMed.
6- El fragmento de Klenow es
obtenido a partir de la ADN polimerasa I de E. coli luego del tratamiento con
la proteasa subtilisina. Mantiene la actividad polimerasa 5’ → 3’ y la
actividad exonucleasa 3’ → 5’ pero carece de actividad exonucleasa 5' → 3'.
Cita del trabajo original: Selective elimination of the exonuclease activity of
the deoxyribonucleic acid polymerase from Escherichia coli B by limited
proteolysis. Klenow H, Henningsen I. Proc Natl Acad Sci U S A. 1970
Jan;65(1):168-75. PMID: 4905667. Pubmed. Ver!
7-Primer-directed enzymatic
amplification of DNA with a thermostable DNA polymerase. Saiki RK, Gelfand DH,
Stoffel S, Scharf SJ, Higuchi R, Horn GT, Mullis KB, Erlich HA. Science. 1988
Jan 29;239(4839):487-91. PMID: 2448875. PubMed.
8- Thermus aquaticus gen. n. and sp. n., a nonsporulating
extreme thermophile. Brock TD, Freeze H. J Bacteriol. 1969 Apr;98(1):289-97.
PMID: 5781580. PubMed. Ver!
9- Life at High Temperatures. Thomas Brock. Un apasionante
ensayo de descarga gratuita (en inglés). Ver!
10-Deoxyribonucleic acid
polymerase from the extreme thermophile Thermus aquaticus. Chien A, Edgar DB, Trela
JM. J Bacteriol. 1976 Sep;127(3):1550-7. PMID: 8432. PubMed. Ver!
11- Pyrococcus furiosus sp. nov.
represents a novel genus of marine heterotrophic archaebacteria growing
optimally at 100 °C. Fiala G y Stetter KO. Archives of Microbiology 145: pp. 56–61, 1986. Ver!
13- Extremophiles Handbook .Koki Horikoshi. Springer,
2011. Ver!
14- EXPOSE, an Astrobiological
Exposure Facility on the International Space Station - from Proposal to Flight . E Rabbow,
G Horneck, P Rettberg, Jobst-Ulrich Schott, C Panitz, A L’Afflitto, R von
Heise-Rotenburg, R Willnecker, P Baglioni, J Hatton, J Dettmann, R Demets y G Reitz. Orig Life Evol Biosph. DOI
10.1007/s11084-009-9173-6. Ver!
15- Survival of
rock-colonizing organisms after 1.5 years in outer space. Onofri S, de la Torre R, de Vera JP, Ott S,
Zucconi L, Selbmann L, Scalzi G, Venkateswaran KJ, Rabbow E, Sánchez Iñigo FJ,
Horneck G. Astrobiology. 2012 May;12(5):508-16. doi: 10.1089/ast.2011.0736.
PMID: 22680696. PubMed.
17- Life Itself: Its Origin
and Nature. Francis Crick. Simon and Schuster, 1982.
18- The Origins of Directed
Panspermia. Christian Orlic. 2013. Scientific American Blog
¿Qué son los extremófilos? - Kara Rogers, Editora Senior de Biomedical Sciences discute la definición de extremófilo (en inglés).
Conferencia Astrobiología y Exploración Espacial. Profesora Lynn Rothschild Investigadora de Biología Sintética, Instituto de Astrobiología NASA, Centro de Investigación Ames (en inglés).
