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xna-nucleic-acid

An interactive laboratory simulator for exploring xenonucleic acids (XNA) -- synthetic genetic polymers that transcend natural DNA and RNA. Users can build and visualize TNA, HNA, FANA, LNA, PNA, and Morpholino molecules, compare their properties with natural nucleic acids, design XNAzymes to target cancer mutations, and explore the timeline of FDA-approved oligonucleotide therapeutics.

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¿Qué es esto?

🎯 Consejos del simulador

📚 Glosario

Xenonucleic Acid (XNA)
Cualquier análogo de ácido nucleico sintético con una columna vertebral no natural que conserva la capacidad de emparejarse bases con ADN, ARN u otros XNA y almacenar información genética.
TNA
Ácido nucleico treosa: XNA basado en un azúcar treosa de cuatro carbonos. Más simple que el ADN/ARN y candidato a sistemas genéticos prebióticos.
HNA
Ácido nucleico de hexitol: XNA basado en un anillo de azúcar hexitol de seis carbonos, que forma hélices en forma de A con buena estabilidad de nucleasa.
FANA
Ácido 2'-fluoro-arabinonucleico: XNA con un átomo de flúor en la posición 2' del azúcar arabinosa, excelente para la catálisis de XNAzyme y el silenciamiento de genes.
LNA
Ácido nucleico bloqueado: XNA con un puente de metileno que bloquea la ribosa en la conformación endo C3', lo que proporciona una afinidad de unión dramáticamente mejorada (+2-8 grados Celsius por par de bases).
PNA
Ácido nucleico peptídico: XNA con una estructura peptídica neutra en lugar de azúcar-fosfato, completamente resistente a nucleasas y proteasas.
Morpholino
Un tipo XNA con un anillo de morfolina principal y enlaces fosforodiamidato, utilizado en fármacos de cambio de empalme aprobados por la FDA para la distrofia muscular de Duchenne.
Nuclease
Enzima que degrada los ácidos nucleicos mediante la escisión de enlaces fosfodiéster. La resistencia de XNA a las nucleasas es una ventaja clave para aplicaciones terapéuticas.
Watson-Crick Base Pairing
El enlace de hidrógeno específico entre nucleobases complementarias (A-T/U y G-C) que mantiene unidas las dos hebras de una doble hélice.
Oligonucleotide Therapeutic
Medicamento basado en secuencias cortas de ácidos nucleicos sintéticos (normalmente de 15 a 30 nucleótidos) que modula la expresión genética mediante mecanismos como la unión antisentido, ARNi o aptámero.
Antisense Oligonucleotide (ASO)
Ácido nucleico monocatenario que se une al ARNm complementario para bloquear la traducción o desencadenar la degradación, silenciando así genes específicos.
XNAzyme
Una molécula catalítica de XNA capaz de escindir sustratos de ARN, análoga a las ribozimas naturales pero con mayor estabilidad debido a la estructura no natural.
Aptamer
Una molécula de ácido nucleico que se pliega en una forma tridimensional específica para unirse a una molécula objetivo con alta afinidad, funcionando como un anticuerpo. Los aptámeros XNA tienen una estabilidad superior.
Polymerase
Enzima que sintetiza hebras de ácido nucleico a partir de una plantilla. Se requieren polimerasas diseñadas para replicar XNA, ya que las polimerasas naturales no pueden procesar cadenas principales no naturales.
Nuclease Resistance
La capacidad de un ácido nucleico para resistir la degradación por enzimas nucleasas, una propiedad crítica para los ácidos nucleicos terapéuticos que deben sobrevivir en el cuerpo.
Splice Switching
Un mecanismo terapéutico en el que los oligonucleótidos se unen a los sitios de empalme del pre-ARNm para alterar los patrones de empalme del ARNm, restaurando la producción de proteínas funcionales en enfermedades genéticas.
Phosphorothioate
Una modificación química en la que un oxígeno de la cadena principal de fosfodiéster se reemplaza por azufre, lo que confiere resistencia a las nucleasas y es la modificación más utilizada en fármacos oligonucleotídicos antisentido.
siRNA
Pequeño ARN de interferencia, una clase de moléculas de ARN de doble cadena (20-25 nucleótidos) que silencian la expresión genética a través de la vía de interferencia del ARN. Patisiran (Onpattro) fue el primer fármaco de ARNip aprobado por la FDA.
Gene Silencing
El proceso de reducir o eliminar la expresión de un gen específico, logrado mediante oligonucleótidos antisentido, ARNip o XNAzimas que se dirigen a secuencias de ARNm complementarias.
Orthogonal Genetic System
Un sistema genético sintético que opera independientemente del ADN/ARN natural, utilizando XNA y enzimas diseñadas. Los sistemas ortogonales permiten la biocontención y funciones biológicas novedosas sin interferir con la genética del huésped.
SELEX
Evolución sistemática de ligandos mediante enriquecimiento exponencial, una técnica de laboratorio para desarrollar aptámeros y moléculas XNA con propiedades catalíticas o de unión específica mediante rondas iterativas de selección y amplificación.
Nucleotide
El componente básico de los ácidos nucleicos, que consta de una base nitrogenada, un azúcar (o análogo de azúcar en XNA) y un grupo fosfato (o análogo). Los nucleótidos XNA se diferencian de los naturales por su componente de azúcar.
Backbone
La cadena repetida de azúcar-fosfato que forma la estructura estructural de los ácidos nucleicos. XNA se define por tener una columna vertebral alternativa (no natural) al tiempo que conserva la capacidad de emparejamiento de bases.
Oligonucleotide
Un polímero de ácido nucleico corto, normalmente de 15 a 50 nucleótidos de largo, utilizado en terapéutica, diagnóstico e investigación. La mayoría de los fármacos oligonucleotídicos contienen modificaciones químicas para lograr estabilidad.
RNase H
Enzima celular que degrada la cadena de ARN de un dúplex de ARN-ADN. Los oligonucleótidos antisentido que forman dúplex con el ARNm objetivo pueden reclutar RNasa H para escindir y silenciar el gen objetivo.
Melting Temperature (Tm)
La temperatura a la que el 50% de los dúplex de ácidos nucleicos se disocian en hebras simples. Una Tm más alta indica una unión de pares de bases más fuerte. Las modificaciones de LNA aumentan la Tm entre 2 y 8 grados Celsius por nucleótido.
Miravirsen
El primer producto terapéutico basado en LNA que ingresa a ensayos clínicos, dirigido al microARN-122 para el tratamiento de la hepatitis C. Demostró la viabilidad clínica de las modificaciones de ácidos nucleicos bloqueados en el diseño de fármacos antisentido.
Nusinersen (Spinraza)
Un fármaco oligonucleótido antisentido aprobado por la FDA para la atrofia muscular espinal que utiliza modificaciones de 2'-O-metoxietilo. Corrige el empalme del pre-ARNm de SMN2 para producir proteína SMN funcional, transformando los resultados de los pacientes.

🏆 Figuras clave

Philipp Holliger (2012)

Lideró una investigación innovadora en el Laboratorio de Biología Molecular del MRC que demuestra que seis tipos diferentes de XNA pueden almacenar información genética, ser replicados mediante polimerasas diseñadas y experimentar una evolución darwiniana, publicada en Science en 2012.

Albert Eschenmoser (1990s-2000s)

Realizó estudios sistemáticos en ETH Zurich explorando cadenas principales de azúcar alternativas para ácidos nucleicos, incluida la síntesis y caracterización de TNA (ácido treosa nucleico), proporcionando una química fundamental para el campo XNA.

Peter Nielsen (1991)

Inventó el ácido nucleico peptídico (PNA) en la Universidad de Copenhague en 1991, creando el primer análogo de ácido nucleico con una columna vertebral completamente libre de azúcar y fosfato, lo que demuestra que el reconocimiento genético no requiere la columna vertebral natural.

Jesper Wengel (1998)

Desarrolló ácido nucleico bloqueado (LNA) en la Universidad del Sur de Dinamarca, creando un nucleótido modificado con una afinidad de unión dramáticamente mejorada que se ha convertido en una de las modificaciones más utilizadas en la terapia con oligonucleótidos.

Stanley Crooke (1989-present)

Fundó Ionis Pharmaceuticals y fue pionero en terapias de oligonucleótidos antisentido, desarrollando múltiples medicamentos aprobados por la FDA, incluido nusinersen (Spinraza) para la atrofia muscular espinal, lo que demuestra el potencial clínico de los ácidos nucleicos modificados.

John Chaput (2010s-present)

Avanzó en el desarrollo de TNA polimerasas y demostró la evolución de aptámeros de TNA en la Universidad de California, Irvine, ampliando la utilidad práctica del ácido nucleico treosa para aplicaciones biotecnológicas.

Vitor Pinheiro (2012)

Investigador clave en el laboratorio de Holliger que diseñó las polimerasas capaces de sintetizar y transcribir de forma inversa múltiples tipos de XNA, lo que permitió la demostración histórica de la herencia y evolución del XNA.

🎓 Recursos de aprendizaje

💬 Mensaje a los estudiantes

{'encouragement': "You are exploring a frontier where chemistry meets biology meets medicine. XNA shows us that life's genetic code is not limited to DNA and RNA -- there are whole new alphabets waiting to be discovered. Your curiosity about these alternative genetic systems puts you at the cutting edge of science.", 'reminder': 'Over 25 FDA-approved drugs already use modified nucleic acid chemistry, treating diseases from spinal muscular atrophy to hereditary blindness. The XNA science you are learning about here is not theoretical -- it is saving lives right now and will save many more in the coming decades.', 'action': 'Start by selecting TNA in the simulator and building a short sequence. Compare its properties with natural DNA. Then explore FANA and try the XNAzyme lab to see how artificial enzymes can target cancer mutations. Each XNA type has unique strengths -- discover what makes each one special.', 'dream': 'We dream of a world where XNA-based medicines are affordable and accessible to patients everywhere, where genetic diseases that devastate communities in the developing world are treated with precision therapies, and where every student can explore the molecular diversity of life.', 'wiaVision': 'WIA Book believes that the future of medicine is written in alternative genetic codes, and that understanding these codes should be a right, not a privilege. Through free, interactive simulators in 206 languages, we are bringing the XNA revolution to every learner on the planet.'}

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