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

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»

Genetica: Compartir es Vivir


Compartir es vivir
Los científicos han averiguado que cada vez que la ameba Paulinella perdía algún gen, para acumular estas mutaciones, era capaz de reemplazarlo con otro gen de la bacteria engullida. Y así fue como gracias a este proceso de fusión, la ameba «aprendió» a hacer la fotosíntesis.

«La evolución siempre encuentra un camino, en este caso solucionando el problema de los genes rotos cogiendo «repuestos» del entorno», ha dicho Battacharya.

Aunque Paulinella ha usado este truco hace apenas 100 millones de años, otros microorganismos lo hicieron hace miles de millones de años. Por ejemplo, esta es una de las explicaciones para el origen de las primeras células eucariotas (a través de la fusión de una grande con otra u otras más pequeñas) y la aparición de cloroplastos y mitocondrias, entidades que en origen eran bacterias autónomas pero que después de ser engullidas quedaron convertidas en órganos de células mayores.

Desde hace décadas la idea más apoyada sobre el origen de la vida compleja proponía que en algún momento del pasado, hace unos 2.000 millones de años, una pequeña bacteria «fue tragada» por una célula más grande. La historia propone que gracias a esto, el árbol de la vida adquirió la forma que tiene hoy en día, con tres grandes ramas: la de los primitivos Procariotas (bacterias), la de los Eucariotas (hongos, plantas y animales, caracterizado por tener células complejas con núcleo) y la de las Arqueas, unos seres similares a bacterias pero con características más parecidas a las de Eucariotas.

En el mundo de los microbios, no es extraño que se compartan genes. Por ejemplo, las bacterias incorporan en su propio genoma fragmentos de información genética de otros organismos, en un proceso que se conoce globalmente comotransferencia horizontal de genes. En muchas ocasiones, los virus son capaces de transferir genes de un lugar a otro (esto se llama transducción), las bacterias aprovechan secuencias que se encuentran en el entorno (esto se conoce como transformación) y a veces ellas mismas se «preocupan» de pasarle copias de sus genes a sus congéneres (a través de la conjugación).

Creditos y fuente:

Gonzalo López Sánchez (G.L.S) Madrid 10/10/2016 21:26h

http://www.abc.es/ciencia/abci-ameba-hizo-trampas-y-robo-fotosintesis-201610102126_noticia.html

El enigmático Hatena, el ser vivo capaz de abandonar su estado de depredador y convertirse en fotosintético

Este microorganismo puede esconder algunas de las piezas que quedan por descubrir del rompecabezas del origen de las plantas

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El término endosimbiosis, del griego ‘endon’ –dentro- y ‘biosis’ –vivir-, hace referencia a cualquier relación biológica en la que un organismo habita dentro del cuerpo o de las células de otro organismo, en una relación que no siempre es mutualista.

Tenemos muchos ejemplos de endosimbiosis en la naturaleza, por ejemplo, las bacterias fijadoras de nitrógeno (rizobios) que viven en los nódulos de las raíces de las legumbres o algunas algas unicelulares que residen dentro de los corales formadores de arrecifes.

De bacteria a orgánulo celular

Una de las relaciones endosimbióticas más exitosas de la evolución fue la que establecieron algunas bacterias fotosintéticas y las primeras ‘pre-algas‘. Es sabido que el copyright de la fotosíntesis es propiedad de las bacterias, las cuales fueron englobadas por una célula eucariota ancestral.

Después de millones de años de evolución aquellas bacterias se convirtieron en los actuales cloroplastos, los orgánulos celulares que captan la energía lumínica para realizar la fotosíntesis.

Algo similar sucedió con las mitocondrias, las centrales energéticas de las células, que en sus inicios eran bacterias de vida libre y que fueron ingeridas por otros organismos unicelulares. Aquella endosimbiosis supuso, sin duda, una exitosa alianza biológica para el anfitrión.

En definitiva, se podría decir que la vida, tal y como la entendemos en este momento, no se apoderó del mundo mediante el frío y severo combate cuerpo a cuerpo, sino a través de la cálida cooperación y la creación de redes.

Dos células mejor que una

Científicos nipones han dado un paso más en la comprensión de los orígenes de las primeras plantas al descubrir la existencia de un organismo en el que una alga ha adoptado el papel de las primitivas bacterias.

En estos momentos se conocen unas diez mil especies diferentes de algas verdes o Chlorophyta, que viven en una enorme variedad de hábitats, desde las aguas continentales hasta las aguas marinas. A este grupo de algas pertenece la Nephroselmis, que ha sido objeto de estudio por parte de un grupo de investigadores de la Universidad de Tsukuba.

En la primera década de este siglo descubrieron las dos fases biológicas de la Hatena arenicola, una eucariota unicelular que dispone de dos flagelos, que usa para la locomoción, y de un rudimentario tubo digestivo.

El estado heterótrofo de la Hatena, que en japonés significa ‘misterio’, se comporta como un depredador, engulle a la Nephroselmis y establece con ella una relación endosimbiótica formando una nueva forma de vida, un ser vivo quimérico, a mitad de camino entre un animal y una alga.

Hijos fotosintéticos e hijos depredadores

Tras ser ingerida, la Nephroselmis –que ejerce el papel de endosimbionte- pierde sus flagelos y su citoesqueleto, al tiempo que asume las funciones del aparato digestivo y del sistema visual del nuevo organismo, ayudando a la protista a dirigirse hacia la luz (fototaxis).

En esta unión el anfitrión (Hatena arenicola) también sufre modificaciones, inhabilita su aparato nutritivo primigenio, deja de ser depredador, y adopta una nutrición fotosintética.

Cuando llega el momento de la reproducción, la Hatena, que no se puede dividir sin contener el endosimbionte, da lugar a dos hijos: uno que recibe la Nephroselmis –de color verdoso- y otro que regresa al estado heterótrofo inicial (color blanco).

En otras palabras, la descendencia de la Hatena madre serán un ser vivo fotosintético y un ser vivo depredador. Este último, el hijo decolorado, acabará engullendo a una nueva Nephroselmis, iniciando una nueva endosimbiosis.

M. Jara
M. Jara

Pedro Gargantilla es médico internista del Hospital de El Escorial (Madrid) y autor de varios libros de divulgación.

https://www.abc.es/ciencia/abci-enigmatico-hatena-vivo-capaz-abandonar-estado-depredador-y-convertirse-fotosintetico-202110010200_noticia.html