Genetica: Virus y su ADN


El caso de los virus con ADN «extraterrestre»

Aún sin estar resuelta la cuestión de si los virus son o no seres vivos, aparece una nueva incógnita en la ecuación de su ADN: un compuesto, Z, presente también en restos de meteoritos

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El lenguaje de la vida se escribe con un código de cuatro letras: A, G, C y T. Son las abreviaturas de adenina, guanina, citosina y timina, las bases nitrogenadas que se encuentran en la mayoría de los genomas. En la doble hélice de ADN se aparean las bases, G con C y A con T.

El ADN almacena la información, que posteriormente es transcrita a ARN mensajero y este se traduce a proteínas. Este esquema de flujo de la información genética fue denominado por Crick como «dogma central de la biología molecular».

Como el propio Crick reconocía, emplear el término ‘dogma’ no fue una buena idea. Un dogma es una idea que no se puede cuestionar. Pero en biología parece que siempre se puede encontrar una excepción a las reglas generales: desde mamíferos que ponen huevos a células eucariotas sin mitocondrias.

En el caso del «dogma central de la biología molecular», poco a poco fueron describiéndose excepciones. Casi todas ellas en microorganismos.

Una de las principales fue la descripción de los Retrovirus, cuyo genoma no es ADN sino ARN. Poseen una enzima, la transcriptasa inversa, que copia ese ARN a ADN, cambiando así el sentido del flujo de información genética. Muchos virus tienen genomas de ARN, lo que añadiría una nueva letra (U = uracilo) al alfabeto genético, pero siempre son cuatro, ya que U reemplaza a T.

También se describen los viroides y los priones. Los primeros, son simples moléculas de ARN. Los priones carecen de ácidos nucleicos y son proteínas capaces de replicarse.

Nuevas letras en el alfabeto genético

La biología sintética se enfoca a la síntesis de nuevas biomoléculas y a la ingeniería de sistemas biológicos para dotarlos de funciones nuevas que no se encuentran en la Naturaleza. Uno de los campos de investigación es la expansión del código genético, a fin de obtener proteínas con características novedosas.

Incorporar nuevas bases al ADN no es una tarea sencilla. La estructura de la doble hélice no debe alterarse, y las enzimas que desarrollan diversas tareas deben reconocer a las nuevas moléculas, a fin de que el flujo de información, desde genes hasta las proteínas, siga funcionando.

Un equipo de investigadores consiguió crear un ADN que utiliza ocho bases diferentes, en vez de cuatro. Inicialmente no se podía considerar un nuevo alfabeto genético, ya que no se traducía a nuevos aminoácidos. Pero se transcribe a un ARN que es capaz de reconocer y ‘pegarse’ a las células cancerígenas, lo que se podría aplicar a nuevas técnicas de diagnóstico.

En 1977, científicos rusos describieron un bacteriófago (virus que infecta a las bacterias) que, en lugar de adenina, tenía en todos los casos 2-aminoadenina (abreviada como Z). Ahora bien, a diferencia del ADN sintético, las bases siguen siendo cuatro. Parece que la naturaleza se había adelantado a las ideas de los investigadores, creando virus con un ‘alfabeto’ genético alternativo.

En ese ADN, Z se une a T por 3 enlaces de puente de hidrógeno, en vez de por los dos que forman la unión entre T y A. El ADN resultante es más estable frente al calor y a otros factores ambientales.

Z, la 2-aminoadenina, es un compuesto que se encuentra en la naturaleza, proveniente de restos de meteoritos. Nunca se había descrito como parte de un organismo. Debido a eso, empezaron a llamar a este ADN, ‘ADN extraterrestre’.

Varios grupos de investigadores comenzaron a analizar bases de datos, buscando otros fagos que pudieran tener las mismas características, y encontraron bastantes casos.

Durante décadas nadie había conseguido averiguar cómo sucedía esto y la importancia que podría tener.

¿Cómo se sintetiza ese ADN diferente, si Z no existe en las bacterias?

Tres trabajos publicados ( esteeste y este) en 2021 en la revista ‘Science’ y en ‘Nature Communications’ explican este proceso.

Podemos leer un estupendo artículo de la doctora Gemma Marfany y ver el vídeo explicativo del doctor Lluis Montoliu, que resumen los aspectos más importantes relacionados con este tema.

Estos fagos codifican en su genoma enzimas que retiran la adenina del ADN y la sustituyen por Z. También codifican enzimas que pueden sintetizar Z a partir de precursores existentes en las bacterias.

Como indica la doctora Zhao, investigadora principal de uno de los grupos que trabajan en este tema, todavía no está del todo claro como se produce la síntesis del ADN con esta nueva base en las bacterias, ni como interactúan todas las enzimas implicadas en la replicación y transcripción del ADN, con esta nueva molécula.

Beneficios para los virus que usan Z

Los fagos son virus que infectan bacterias. Las bacterias poseen mecanismos que les permiten luchar contra estas infecciones, ya que pueden reconocer el ADN del fago y degradarlo.

Pero las defensas de las bacterias no pueden reconocer a este nuevo ADN, por lo que el fago puede escapar de ellas. Esto también podría suponer una ventaja en los tratamientos por fagoterapia, ya que la bacteria causante de la infección no podría destruir los fagos usados como tratamiento.

Al ser un ADN más estable, permite la persistencia del virus en condiciones adversas, ampliando el rango de hospedadores que puede colonizar.

Aplicaciones de este nuevo ADN

Actualmente se investigan numerosas aplicaciones de biología sintética para las que este nuevo ADN sería muy útil, dada su mayor estabilidad.

Por ejemplo, contribuiría a mejorar el almacenamiento de datos en ADN. También sería aplicable a las técnicas que utilizan papiroflexia de ADN para la administración dirigida de medicamentos.

Por ahora no se han descubierto organismos celulares que posean Z en su ADN, pero se trabaja en dicha posibilidad, intentando incorporarla en E. coli y que la célula siga siendo funcional.

¿Qué implicaciones tiene?

El descubrimiento de estos virus con un código genético diferente no solo tiene aplicaciones desde el punto de vista de la biología sintética. Nos plantea también numerosos interrogantes sobre el origen de la vida en la Tierra y sobre la posibilidad de vida en otros planetas.

Es discutible si los fagos que contienen Z en su ADN son nuevas formas de vida, ya que incluso se discute si los virus son seres vivos o no. Pero está claro que esta nueva codificación genética, que permite la síntesis de proteínas funcionales, influirá en la búsqueda de vida en otros planetas. No solo habrá que buscar este nuevo compuesto sino que también, dado que este nuevo ADN tolera condiciones ambientales más extremas que las convencionales, se amplían las opciones de búsqueda.

María Teresa Tejedor Junco. Profesora Titular de Microbiología, Universidad de Las Palmas de Gran Canaria.

Este artículo se publicó originalmente en ‘The Conversation’.

https://www.abc.es/ciencia/abci-caso-virus-extraterrestre-202105311041_noticia.html

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Genetica: Arbol Ginkgo biloba, fosil viviente


Ciencia
ABC : Ciencia

Secuencian el genoma del árbol que sobrevivió a la bomba atómica de Hiroshima

Ginkgo biloba es una de las especies de árboles más antiguas, un auténtico un fósil viviente cuya forma y estructura han cambiado muy poco en 270 millones de años

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Hojas de Ginkgo biloba – WIKIPEDIA1EUROPA PRESS Madrid22/11/2016 10:29h – Actualizado: 22/11/2016 16:39h.Guardado en: Ciencia

Científicos chinos han presentado la secuencia del genoma de Ginkgo biloba, una de las especies de árbol más antiguas, y tan resistente que ejemplares en Hiroshima sobrevivieron a la bomba atómica.

La investigación, publicada en GigaScience, fue llevada a cabo por un equipo del Instituto de Biociencias de Pekín (BGI), la Universidad de Zheijiang y la Academia China de Ciencias, que abordaron y analizaron un genoma excepcionalmente grande, con un total de más de 10.000 millones de ‘letras’ de ADN.

Ginkgo es considerado un «fósil viviente», lo que significa que su forma y estructura han cambiado muy poco en los 270 millones de años desde que nació. Dada su longevidad como especie y posición única en el árbol evolutivo de la vida, el genoma de Ginkgo proporcionará un recurso extenso para los estudios referentes a las defensas de las plantas contra insectos y patógenos, y el estudio de los acontecimientos tempranos en la evolución del árbol y en la evolución en general.

Para estudiar la extraordinaria biología de Ginkgo a nivel genético y molecular, la secuenciación de su genoma estaba en lo alto de la lista de deseos de los biólogos de plantas. Sin embargo, debido a su tamaño, así como la presencia de un enorme número de secuencias de repetición, el montaje de toda la secuencia del genoma ha sido una tarea difícil.

El genoma de Ginkgo se extiende sobre más de 10 Gb, que es 80 veces más grande que la «planta modelo» del genoma de Arabidopsis thaliana. El genoma del árbol es también más grande que otras especies de plantas conocidas por genomas extremadamente grandes, como el maíz o las orquídeas.

Wenbin Chen, de BGI, explica algunas de las dificultades que tuvieron que superar: «Se generó una gran cantidad de datos brutos (unoa 2 Terabits) y la capacidad de computación para el ensamblaje del genoma fue desafiada tanto por los enormes datos como por la notable proporción de secuencias repetitivas, por lo que se requería una cantidad increíble de memoria. El gran genoma de Ginkgo puede deberse a la duplicación completa del genoma y a la inserción de una proporción notablemente alta de secuencias repetitivas, al menos el 76,58%, y los intrones más largos entre todas las especies secuenciadas debido a inserciones de elementos transponibles».

Cumplir con el desafío de secuenciación valió la pena por una variedad de razones. Ciertamente se relaciona con su estatus de «fósil vivo», título compartido por otras pocas especies, incluyendo el cangrejo de herradura y el nautilus. Como el único representante sobreviviente de un grupo muy inusual de plantas no florecientes que apareció hace al menos 270 millones de años, Ginkgo ha conservado rasgos a lo largo de millones de años, como lashojas emblemáticas en forma de abanico, que no se ven en ninguna otra especie de plantas sobreviviente. Además tiene una posición única en el árbol evolutivo de la planta.

El profesor Yunpeng Zhao, uno de los autores de la Universidad de Zhejiang, explica cómo esta colocación evolutiva es de gran interés para los investigadores: «Ginkgo representa uno de los cinco grupos vivos de las plantas de semilla y no tiene parientes vivos. Y proporciona recursos genéticos clave para abordar cuestiones evolutivas como las relaciones filogenéticas de los linajes gimnospermas, la evolución del genoma y los genes en las plantas terrestres, la innovación de los rasgos del desarrollo, la evolución del sexo, así como la historia de la demografía y la distribución, la resistencia y la conservación de Ginkgo».

Sobrevivieron a la bomba atómica de Hiroshima

Los investigadores también están fascinados por la resistencia de Ginkgo bajo condiciones adversas -vale la pena señalar que los Ginkgos fueron uno de los pocos seres vivos que sobrevivieron a la explosión del bombardeo atómico de Hiroshima-.

Esta resistencia probablemente ayudó al Ginkgo asobrevivir a períodos de glaciación en China que mataron a muchas otras especies, y también puede promover la longevidad de los árboles individuales, algunos viven hasta varios miles de años, según los informes. El Ginkgo también es capaz de defenderse contra una amplia gama de atacantes, empleando un arsenal de armas químicas contra insectos, bacterias y hongos

Fuente: http://www.abc.es/ciencia/abci-secuencian-genoma-arbol-sobrevivio-bomba-atomica-hiroshima-201611221029_noticia.html

Genética: El único animal que hace la fotosíntesis


El secreto del único animal que hace la fotosíntesis

El molusco o babosa marina Elysia clorótica es de apenas seis centímetros, tiene un aspecto de hoja de una verdura y habita en las costas de Nueva Escocia hasta el sur de Florida, tiene la capacidad de incorporar a su ADN genes del alga que come y los transmite a su descendencia. Continuar leyendo «Genética: El único animal que hace la fotosíntesis»