¿Por qué los rayos ultravioleta no destrozan nuestro ADN?

Ahora, un equipo de investigadores ha conseguido descubrir un proceso desconocido hasta el momento, llamado "respuesta de relajación" y que sirve, precisamente, para protejer a estas moléculas (y a la información vital que contienen) de los efectos dañinos de los rayos ultravioleta emitidos por el Sol. El hallazgo se publica en Nature Communications.

El experimento se llevó a cabo en el Acelerador SLAC del Departamento de Energía de los Estados Unidos y se centró en la timina, uno de los cuatro constituyentes básicos del ADN. Los investigadores bombardearon la timina con un breve pulso de luz ultravioleta al mismo tiempo que utilizaban un láser de rayos X para observar su respuesta ante la agresión. El resultado fue sorprendente. Un enlace molecular se estiró y se rompió dentro de las primeras 200 trillonésimas de segundo, lo que desencadenó una oleada de vibraciones que disipó al instante la destructiva energía ultravioleta, volviéndola inofensiva.

Aunque la protección de la información codificada en el ADN resulta de vital importancia, las implicaciones de estos resultados van mucho más allá, según afirma Philip Bucksbaum, coautor de la investigación. "La nueva herramienta desarrollada para este estudio -afirma el científico- nos provee de una nueva ventana para observar el movimiento de los electrones que controlan toda la química. Creemos que nuestro trabajo incrementará el valor y el impacto de los láseres de rayos X para aplicarlos a importantes cuestiones de la biología, la química y la física".

Hace años que los investigadores habían notado que la timina parecía ser, de algún modo, resistente a la acción de los rayos ultravioleta del Sol, capaces de provocar en los tejidos quemaduras y cánceres de piel. Los teóricos propusieron entonces que la timina podía deshacerse de la energía ultravioleta cambiando rápidamente de forma. Pero los detalles de cómo conseguía hacerlo nunca han estado claros. Ninguno de los experimentos llevados a cabo hasta ahora han sido capaces, en efecto, de explicar lo que realmente sucedía.

El trabajo actual ha contado, para resolver el problema, con una herramienta capaz de generar pulsos laser de rayos X ultracortos, que en la práctica permiten de detectar cambios sucedidos en átomos individuales en períodos de tiempo de hasta trillonésimas de segundo.

Para su trabajo, los investigadores convirtieron la timina en un gas y la golpearon con dos pulsos de luz en rápida sucesión. Primero luz ultravioleta, para desencadenar la respuesta defensiva, y después los rayos X, para detectar y medir esa respuesta.

"Tan pronto como la timina absorbió la luz, la energía se canalizó lo más rápido posible en calor, en lugar de ser usada para crear u ropmer enlaces moleculares -afirma Markus Guehr, que ha dirigido el trabajo.- Es como un sistema de bolas conectadas por muelles; cuando estiras un enlace entre dos átomos, y luego lo sueltas, toda la molécula empieza a temblar".

Los rayos X midieron esta respuesta de forma indirecta, eliminando algunos de los electrones más internos de los átomos de la molécula de timina. Lo cual dio lugar a un proceso llamado, "emisión electrónica de Auger" que, en última instancia, termina por expulsar a otros electrones de sus órbitas. Los electrones expulsados de sus átomos vuelan hasta el detector, llevando consigo información sobre la naturaleza y el estado de los átomos de los que proceden.

Comparando después las velocidades de los electrones expulsados antes y después de bombardear la timina con rayos ultravioleta, los investigadores fueron capaces de determinar con precisión los rápidos cambios que se producían en cada enlace oxígeno-carbono. Esos enlaces se estiraban cuando eran alcanzados por el bombardeo ultravioleta y, apenas 200 trillonésimas de segundo después, provocaban vibraciones que duraban algunas milmillonésimas de segundo. El tiempo necesario para desactivar los efectos nocivos del bombardeo.

"Es la primera vez que somos capaces de distinguir entre dos tipos fundamentales de respuesta en la molécula (movimientos en los núcleos atómicos y cambios en la distribución de electrones), y todo en un tiempo de unas pocas trillonésimas de segundo", afirma por su parte otro de los autores del estudio, Brian McFarland.

Guehr asegura que su equipo planea ahora más experimentos para comprender aún mejor los detalles de la "respuesta de relajación" y también para extender el método utilizado a otros campos de la Ciencia.