Científicos de Harvard dicen que han resuelto
un misterio casi tan antiguo como la comprensión científica del código genético.
Identifican diferencias clave en las partes aparentemente sinónimas de la
estructura.
Aunque hay 64 posibles maneras de combinar cuatro bases en grupos de tres, denominados codones, el proceso de traducción utiliza sólo 20 aminoácidos. Para dar cuenta de esta diferencia, los múltiples codones se traducen al mismo aminoácido. La leucina, por ejemplo, se puede codificar de seis maneras.
Sin embargo, científicos han especulado mucho sobre si tales codones, aparentemente sinónimos, producen realmente los mismos aminoácidos, o si representaban un segundo código, una genética oculta. Los investigadores de Harvard han descifrado este segundo código, y la respuesta puede contener la esperanza de desarrollo de nuevas técnicas para luchar contra las bacterias resistentes.
“Esto es realmente notable, porque se trata de un mecanismo muy sencillo”,
subrayó Subramaniam. “Muchos investigadores han intentado determinar si usando
codones diferentes afectaría a los niveles proteínicos, pero no se les había
ocurrido que a lo mejor tiene que verse bajo las condiciones adecuadas.”
El primer paso, dijo Subramaniam, implicaba la creación de múltiples copias de un gen que produjera una proteína fluorescente. Para entender cómo las partes sinónimas del código genético afectan la producción de proteínas, cada versión del gen fue diseñada para utilizar una sola forma de código para un aminoácido específico. En el caso de la serina, la cual puede codificarse de seis maneras, los investigadores crearon entonces, seis versiones del gen. Estos genes se insertaron en bacterias E. coli. Más tarde, dicha bacteria experimentaba un cambio estresante en su entorno. Morían por inanición de aminoácidos, los resultados eran sorprendentes.
“Lo que descubrimos fue que si las bacterias se estaban en un entorno donde podían crecer y prosperar, cada codón sinónimo producía la misma cantidad de proteína”, explicaba Subramaniam. “Pero en el momento en que su entorno estaba privado de aminoácidos, algunos codones producían proteínas cien veces más que otros.”
Mientras que el sistema ayuda a las células a producir ciertas proteínas de
manera eficiente en condiciones de estrés, a su vez actúa como un mecanismo de
seguridad biológica, permitiendo el cierre casi completo de la producción de
otras proteínas, como una forma de preservar los limitados recursos.
Dado el carácter universal del código genético, y el sistema funciona de la misma manera en todos los organismos, desde las bacterias unicelulares a los seres humanos, Subramaniam espera explorar el papel que juega, en su caso, las diferencias que puede tener en otros organismos dichas partes aparentemente sinónimas del código genético, y si dichas diferencias pueden ser explotadas por los investigadores.
“Un aspecto que me interesa explorar es el cáncer”, señaló. “Sabemos que las células cancerosas crecen muy rápido. Por consiguiente, consumen la mayor parte de los aminoácidos de su entorno. La cuestión es si este código desempeña algún papel en la enfermedad, y si las células cancerosas hacen uso de estas diferencias entre estos codones para la expresión de algunas proteínas que necesitan para sobrevivir, ¿podremos aprovechar eso para combatir la enfermedad?”
Aunque el código genético tenga establecidas las
reglas de las células para la transcripción del ADN en ARN y la traducción del
ARN en proteínas, tal como se ha entendido esto desde hace décadas, los
científicos se cuestionaban sobre lo que parecía una incongruencia matemática
del sistema. Para la fabricación de proteínas, las células se basan en el ARN, igual que
el ADN se basa en los nucleótidos que poseen una de las cuatro bases. Las
células “leen” estas bases en grupos de tres para traducir el ARN en
aminoácidos, los cuales son utlizados para construir proteínas.
Aunque hay 64 posibles maneras de combinar cuatro bases en grupos de tres, denominados codones, el proceso de traducción utiliza sólo 20 aminoácidos. Para dar cuenta de esta diferencia, los múltiples codones se traducen al mismo aminoácido. La leucina, por ejemplo, se puede codificar de seis maneras.
Sin embargo, científicos han especulado mucho sobre si tales codones, aparentemente sinónimos, producen realmente los mismos aminoácidos, o si representaban un segundo código, una genética oculta. Los investigadores de Harvard han descifrado este segundo código, y la respuesta puede contener la esperanza de desarrollo de nuevas técnicas para luchar contra las bacterias resistentes.
Como se describe en
un artículo publicado en línea en Proceedings of the National Academy of
Sciences el 31 de diciembre, Arvind R.
Subramaniam, estudiante postdoctoral de biología molecular y celular, y Philippe Cluzel, profesor de igual materia, y el profesor
Gordon McKay, de Física Aplicada, demuestran que esas partes aparentemente
sinónimas del código genético son todo lo contrario. Bajo ciertas condiciones de
estrés, los investigadores hallaron que, ciertas secuencias fabrican las
proteínas de manera eficiente, mientras que otras, aparentemente idénticas, no
producen casi ninguna.
El primer paso, dijo Subramaniam, implicaba la creación de múltiples copias de un gen que produjera una proteína fluorescente. Para entender cómo las partes sinónimas del código genético afectan la producción de proteínas, cada versión del gen fue diseñada para utilizar una sola forma de código para un aminoácido específico. En el caso de la serina, la cual puede codificarse de seis maneras, los investigadores crearon entonces, seis versiones del gen. Estos genes se insertaron en bacterias E. coli. Más tarde, dicha bacteria experimentaba un cambio estresante en su entorno. Morían por inanición de aminoácidos, los resultados eran sorprendentes.
“Lo que descubrimos fue que si las bacterias se estaban en un entorno donde podían crecer y prosperar, cada codón sinónimo producía la misma cantidad de proteína”, explicaba Subramaniam. “Pero en el momento en que su entorno estaba privado de aminoácidos, algunos codones producían proteínas cien veces más que otros.”
La diferencia
descansa en las moléculas llamadas ARN de
transferencia o ARNt, que transportan aminoácidos a la maquinaria celular
capaz de producir proteínas.
“Lo que encontramos fue que algunas de estas
moléculas de ARNt son mucho más eficientes cargando aminoácidos, mientras que
otras no lo son tanto”, añadió. “Si estas moléculas de ARNt no puede entregar el
aminoácido donde debe estar, la célula no puede fabricar las proteínas que
necesita. En un entorno en el que los aminoácidos son escasos, la capacidad de
conservarlos es muy importante.”
Dado el carácter universal del código genético, y el sistema funciona de la misma manera en todos los organismos, desde las bacterias unicelulares a los seres humanos, Subramaniam espera explorar el papel que juega, en su caso, las diferencias que puede tener en otros organismos dichas partes aparentemente sinónimas del código genético, y si dichas diferencias pueden ser explotadas por los investigadores.
“Un aspecto que me interesa explorar es el cáncer”, señaló. “Sabemos que las células cancerosas crecen muy rápido. Por consiguiente, consumen la mayor parte de los aminoácidos de su entorno. La cuestión es si este código desempeña algún papel en la enfermedad, y si las células cancerosas hacen uso de estas diferencias entre estos codones para la expresión de algunas proteínas que necesitan para sobrevivir, ¿podremos aprovechar eso para combatir la enfermedad?”
Imagen 1) Arvind Subramaniam, co-autor de un
reciente artículo de Philippe Cluzel que responde a un antiguo misterio del
código genético. Él y Cluzel desubrieron que, bajo condiciones de estrés,
ciertas secuencias fabrican proteínas de manera eficiente, mientras que otras,
aparentemente idénticas, no producen casi ninguna. (Stephanie Mitchell/Fotógrafo
personal de Harvard).
Imagen 2) Serie de codones en un segmento de ARN. Cada codón se compone de tres nucleótidos que codifican un aminoácido específico.
Imagen 2) Serie de codones en un segmento de ARN. Cada codón se compone de tres nucleótidos que codifican un aminoácido específico.
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