Algunos virus usan un alfabeto genético alternativo
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En 1977, los científicos demostraron que un virus llamado S-2L que infecta a las cianobacterias no tiene adenina en su genoma. En su lugar, S-2L utiliza un nucleótido conocido como diaminopurina o 2-aminoadenina, abreviado como Z, que forma tres enlaces de hidrógeno en lugar de los dos que forma la adenina (A) cuando se combina con la timina (T). En tres artículos publicados hoy (29 de abril) en Science, , los investigadores muestran que el uso de Z por parte de los fagos, esos virus que infectan bacterias, está más extendido de lo que se creía anteriormente, y describen las vías por las que en el que se fabrica el nucleótido alternativo y se incorpora a los genomas del fago.
Se sabe que existe este fago que no tiene adenina en su genoma. . . y ha sido un misterio sin resolver acerca de cómo lo hace, dice Jef Boeke, biólogo molecular de la Facultad de Medicina Grossman de la Universidad de Nueva York que no participó en el trabajo. Estos documentos lo explican con glorioso detalle molecular, le dice a The Scientist. Además, los autores han realizado un trabajo sorprendentemente completo al demostrar que no se trata de un caso atípico, sino de todo un grupo de bacteriófagos que tienen este tipo de material genético.
En 1998, Pierre Alexandre Kaminski de la El Instituto Pasteur y sus colegas secuenciaron el genoma del cianófago S-2L con la esperanza de descifrar las vías que permiten al virus eludir el código canónico de nucleótidos. Encontraron una secuencia relacionada con purA, el gen que codifica la succinoadenilato sintasa, una de las enzimas en la ruta de síntesis de adenina, que parecía una buena pista, pero luego archivaron el proyecto debido a los desafíos de trabajar con el fago. y su huésped cianobacteriano.
Durante los años siguientes, los investigadores buscaron periódicamente en bases de datos y compararon secuencias publicadas con el gen purA-like. A fines de 2015, encontraron una secuencia homóloga en el fago Vibrio, que infecta a Vibrio, un género de bacterias gramnegativas con las que es mucho más fácil trabajar que las S- Huésped cianobacteriano 2L. La secuencia de los genes similares a purA en los fagos S-2L y Vibrio era más similar entre sí que con otros genes purA conocidos. , lo que indica que el fago Vibrio también podría usar diaminopurina en su ADN.
Desde 1977, el cianófago parecía una especie de problema aislado y no muy interesante , pero realmente hicieron evidente que esto está ahí afuera, y en más lugares de los que esperamos.
David Dunlap, Universidad de Emory
El equipo analizó la composición del Vibrio ADN del fago y descubrió que contiene diaminopurina en lugar de adenina. Describen estos hallazgos en uno de los artículos publicados hoy, así como la estructura y la función in vitro de la enzima codificada por el gen similar a purA, al que denominan PurZ. Muestran que PurZ tiene una función similar en la vía biosintética de Z a PurA en la síntesis de adenina, y que los genomas del bacteriófago también contienen otra enzima implicada en la fabricación de Z, conocida como PurB.
También identifican 19 Genes purZ en diferentes tipos de bacteriófagos que se agrupan filogenéticamente con los genes purA presentes en las arqueas.
Es sorprendente lo lejos que se remonta. . . en la filogenia, dice David Dunlap, biofísico de la Universidad de Emory que no participó en el trabajo. Estas cosas han ido evolucionando en paralelo durante mucho tiempo. Desde 1977, el cianófago parecía una especie de problema único y no muy interesante, pero realmente hicieron evidente que esto está ahí fuera, y en más lugares de los que esperábamos.
Ver ¿Se pasan por alto los fagos? ¿Mediadores de la salud y la enfermedad?
En un segundo estudio, el mismo equipo identificó genes de fagos que codifican ADN polimerasas que incorporan selectivamente diaminopurina en lugar de adenina. El fago S-2L original no parece albergar uno de estos genes, pero otros nueve genomas de fagos, incluido el fago Vibrio , sí incluyen un gen de polimerasa, que los autores denominaron dpoZ. En el fago Vibrio y en los genomas de otros fagos, este gen de la ADN polimerasa se encontró en las proximidades del gen purZ .
Un grupo independiente, dirigido por Huimin Zhao en la Universidad de Illinois, corrobora estos hallazgos en el tercer estudio publicado hoy, al tiempo que caracteriza aún más las enzimas responsables de sintetizar los genomas que contienen Z y Z e identifica docenas de genomas de fagos distribuidos en todo el mundo que contienen genes que codifican estas enzimas. El grupo de Zhaos también encontró una enzima conservada codificada en varios genomas de fagos que respalda la síntesis del genoma Z al agotar el trifosfato de adenosina y su precursor del grupo de nucleótidos del huésped, evitando así que los fagos incorporen A en sus genomas.
Además de usar PurZ y PurB, estos fagos también secuestran enzimas del huésped para ayudar a sintetizar diaminopurina e incorporarla al genoma del fago. Finalmente, los investigadores demostraron que los genomas que contienen Z son resistentes a la degradación por parte de las enzimas de restricción del huésped.
Si quieres ser un genoma que contenga diaminopurina, tendrás que eliminar al competidor, explica Dunlap. El fago entra en un mundo de adenina y tiene que hacer cumplir su voluntad.
Zhao y sus colegas están investigando cómo aprovechar esta muestra de voluntad del fago para aplicaciones como el tratamiento de infecciones bacterianas. Los investigadores ya han aprovechado los fagos para tratar algunas infecciones bacterianas, dice, pero incluir esta vía en esos fagos puede hacerlos aún más efectivos, ya que serían resistentes a la degradación por parte de sus objetivos bacterianos.
Hay muchos de preguntas que quedan sin respuesta, dice Kaminski. En un artículo que salió a principios de este mes en el que es coautor, los investigadores arrojaron luz sobre una de esas preguntas: el genoma S-2L se copia mediante la identificación de la polimerasa relevante. Pero Kaminski explica que una de las preguntas más difíciles de responder será cuándo evolucionó este mecanismo. Se supone que es antiguo porque tiene raíces profundas en el árbol filogenético y por la similitud de las estructuras [enzimáticas], pero no está claro si los genomas Z o A llegaron primero.
D. Sleiman et al., Una tercera vía biosintética de purina codificada por genomas de ADN viral basados en aminoadenina, Ciencia, doi:10.1126/science.abe6494, 2021.
V. Pezo et al., Polimerización de ADN no canónica por sifovirus basados en aminoadenina, Science, doi: 10.1126/science.abe6542, 2021.
Y. Zhou et al., Una vía generalizada para la sustitución de adenina por diaminopurina en genomas de fagos, Ciencia, doi:10.1126/science.abe4882, 2021.