Dos moléculas de ADN están cargadas negativamente y, según las leyes de la electrostática, deberían repelerse. Pero dentro de la célula son capaces de acercarse casi hasta tocarse, alinearse en paralelo y formar contactos estables.
Ahora, por primera vez, los investigadores han logrado ver directamente la estructura de ese acercamiento.
Científicos de las universidades de York y Sheffield utilizaron microscopía de fuerza atómica de alta resolución en medio líquido y la combinaron con simulaciones computacionales de dinámica molecular. En las imágenes, las dos dobles hélices de ADN se disponían una junto a otra a lo largo de varias vueltas, y su geometría coincidía con una precisión asombrosa: los surcos mayores se alineaban frente a los mayores, y los menores frente a los menores.
El resultado era una estructura que recordaba a una cremallera molecular.
Los iones se convierten en puentes
En este proceso desempeñan un papel clave los iones metálicos divalentes, sobre todo los de magnesio, calcio y níquel.
Dado que el esqueleto fosfato del ADN porta una carga negativa, las dos moléculas se repelen de forma natural. Los iones con carga positiva compensan en parte esa interacción y pueden formar una especie de puentes entre las hélices vecinas.
Pero el mecanismo resultó ser más interesante que una simple «neutralización de la carga».
Las simulaciones mostraron que los iones pueden situarse dentro de los surcos mayores y menores del ADN y crear una red de contactos organizada espacialmente. Gracias a ello, las dos hélices no solo se acercan: adquieren la capacidad de alinearse entre sí con una geometría determinada.
Precisamente ese modelo de «cremallera de ADN» electrostática fue propuesto hace unos veinte años por el profesor Alexéi Kornyshev y sus colegas. Hasta ahora había permanecido en gran medida en el plano teórico.
Ahora los investigadores han obtenido su confirmación estructural directa.
No todos los iones actúan igual
Los distintos metales crean distintos tipos de contactos.
Los iones de níquel mostraban interacciones más localizadas con determinadas regiones del ADN. El magnesio y el calcio formaban redes de enlaces más variadas y podían participar en contactos tanto en los surcos menores como en los mayores.
Esto significa que el entorno químico puede influir en la estabilidad con que dos moléculas de ADN permanecerán juntas y en la manera en que se orientarán la una respecto a la otra.
Sin embargo, aquí es importante no ir demasiado lejos: el experimento no demuestra que el ADN reconozca por sí solo y sin error una secuencia idéntica únicamente gracias a los iones.
Los investigadores observaron contactos tanto entre secuencias similares como entre secuencias diferentes. Los autores suponen que la coincidencia de secuencias puede ayudar a mantener la alineación correcta y a propagar el contacto a lo largo de la molécula, pero este mecanismo aún está por estudiar con más detalle.
¿Para qué necesita el ADN acercarse siquiera?
Interacciones de este tipo pueden ser relevantes para procesos fundamentales dentro de la célula: la organización de los cromosomas, la interacción entre regiones del genoma y los mecanismos por los cuales las moléculas de ADN deben encontrar y cotejar secuencias similares.
El trabajo también resulta interesante para las nanotecnologías del ADN. Cuanto mejor entiendan los investigadores qué fuerzas hacen que dos hélices se acerquen y cómo influyen los iones en ese proceso, con mayor precisión se podrán diseñar estructuras artificiales basadas en el ADN —por ejemplo, construcciones de ADN origami y otras nanoestructuras programables.
Pero, quizá, la parte más interesante del estudio está en otra cosa.
A nivel molecular, la vida resuelve constantemente tareas que a primera vista parecen físicamente imposibles. Dos hélices cargadas negativamente deberían separarse, y en cambio acaban una junto a otra, coincidiendo con exactitud en sus surcos.
Y unos cuantos iones diminutos ayudan a convertir la repulsión en un contacto ordenado.
