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» » » Los microbios desafían las reglas de codificación del ADN

Referencia: Nature.com .
por  Erika Check Hayen, 22 de mayo 2014

Las instrucciones codificadas en el ADN se cree que siguen una serie de reglas universales en todos los dominios de la vida. Pero los investigadores informan hoy en Science (1) que los organismos rompen rutinariamente dichas reglas.

La recodificación podría finalizar la compartición del ADN modificado de los organismos sintéticos, como sucede cuando un virus (rojo) infecta a una bacteria (verde). Animated Healthcare Ltd/SPL
Este hallazgo conlleva implicaciones a la hora de diseñar vida sintética, dado que con el diseño de organismos que rompen las reglas, los investigadores pueden hacer nuevas formas de vida resistentes a la infección viral. Crear tales organismos se ha propuesto como una forma que las formas de vida sintéticas no compartan sin intención desde los anfitriones infectados. Las excepciones generalizadas a estas reglas, sin embargo, podrían dificultar el diseño de organismos que no pasarían su ADN hacia otros naturales.

"Este estudio resalta la maleabilidad del código genético", dice el bioingeniero Farren Isaacs, de la Universidad de Yale en New Haven, Connecticut.

Los investigadores, dirigidos por Edward Rubin, en el Joint Genome Institute del Departamento de Energía de EE.UU. en Walnut Creek, California, fueron a buscar a esos infractores microbiano del ADN y el ARN  en 1.776 lugares, incluyendo 17 lugares del cuerpo humano. Ellos fueron a la caza de la "recodificación" de eventos, casos en los que el microbio interpreta el código genético de manera distinta a cómo lo hacen la mayoría de los organismos.

En concreto, el equipo estudió los eventos en los que los codones de terminación (secuencias genéticas que normalmente cuentan con un organismo para finalizar la creación de una proteína), en lugar de enviar una señal para continuar, le dicen al organismo que agregue otro aminoácido a la proteína en crecimiento.

De terminar a marchar

El equipo primero se preguntó sobre qué proteínas son codificadas por tramos de código genético en al menos 1.000 bases de longitud si el organismo utilizaba el comando de finalización tradicional. Si esas proteínas eran anormalmente cortas, los investigadores analizaron si los microbios en realidad podrían estar interpretando el codón de terminación como un aminoácido. Este pareció ser el caso en 31.415 muestras, y en tantas como el 10 % de las secuencias tomadas de algunos entornos .

Los microbios hallados en seres humanos eran particularmente propensos a la recodificación. Aunque sólo un 10 % de las muestras venían del cuerpo humano, más de la mitad de los codones recodificados procedían de estos lugares.

Rubin dice que la recodificación se ha visto en la naturaleza, pero no a este nivel, porque la mayoría de los estudios se han centrado en los microbios que pueden ser cultivados en laboratorio. "Cuando tomamos este enfoque y miramos fuera del laboratorio, nos preguntamos, ¿es esta la regla? las reglas se rompieron", dice.

Los biólogos han estado utilizando la recodificación para permitir los a organismos hacer nuevos tipos de aminoácidos con las nuevas propiedades (2). También esperan utilizarlo como una manera de finalizar los organismos diseñados al compartir su ADN modificado con otras formas de vida. Por ejemplo, los virus secuestran la maquinaria celular del huésped para hacer más copias de sí mismos; pero esto podría ser más difícil si el virus y el huésped interpretan el código de manera diferente.

Al permitir a los científicos poder diseñar microbios recodificados que no pueden intercambien información genética con los naturales, las recodificación tiene el potencial de tener un gran impacto en la bioseguridad, señala Isaacs, que ha pasado seis años recodificando uno de los codones de terminación en la bacteria Escherichia coli, a fin de incorporar un aminoácido sintético en sus proteínas (2). El estudio de Rubin, sin embargo, encontró que en algunos ambientes, la boca humana, por ejemplo, las bacterias se infectan con virus que parecen tener una codificación incompatible. "Esto sugiere que deberíamos tener más cuidado si realmente queremos hacer un firewall", advierte Rubin.

Pero George Church , que lidera un proyecto (3) de recodificación de la E. coli en la Universidad de Harvard, en Cambridge, dice que, debido a que los organismos sintéticamente recodificados se saltan la evolución y no están expuestos a presiones evolutivas continuas, no serán vulnerables al mismo tipo de secuestro genómico que parece permitir a los virus naturales poder infectar las distintas recodificaciones de formas de vida.

"Si se cambia un genoma de manera radical mientras el virus 'no aparece’ ", añade Church, “entonces el número de cambios necesarios para que sean simultáneamente correctos, pueden ser más grandes que cualquier población viral que pudiese caber en la Tierra."


- Imagen: Recodificación podría finalizar la compartición del ADN modificado de los organismos sintéticos, como sucede cuando un virus (rojo) infecta a una bacteria (verde). Animated Healthcare Ltd/SPL
(1) Ivanova, N. N. et. al. Science 344, 909–913 (2014).
(2) Lajoie, M. J. et al. Science 342, 357–360 (2013).
(3) Lajoie, M. J. et al. Science 342, 361–363 (2013).
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