ARRIBA: Mol\u00e9culas de ARN de transferencia (ARNt) transportan amino\u00e1cidos a un ribosoma mientras decodifica una hebra de ARNm para producir una prote\u00edna. ISTOCK.COM, SELVANEGRA <\/p>\n
El c\u00f3digo gen\u00e9tico que dicta c\u00f3mo se traduce la informaci\u00f3n gen\u00e9tica en prote\u00ednas espec\u00edficas es menos r\u00edgido de lo que los cient\u00edficos han asumido durante mucho tiempo, seg\u00fan una investigaci\u00f3n publicada hoy (9 de noviembre) en eLife<\/em>. En el art\u00edculo, los cient\u00edficos informan que examinaron los genomas de m\u00e1s de 250\u00a0000 especies de bacterias y arqueas y encontraron cinco organismos que dependen de un c\u00f3digo gen\u00e9tico alternativo, lo que significa ramas en la historia evolutiva que no se han explicado por completo.<\/p>\n La gen\u00e9tica El c\u00f3digo se refiere a c\u00f3mo las secuencias de bases de nucle\u00f3tidos de ADN conducen a cadenas espec\u00edficas de amino\u00e1cidos durante el proceso de s\u00edntesis de prote\u00ednas. Para realizar esta s\u00edntesis, los ribosomas leen hebras de ARNm copias de fragmentos del genoma del organismo en fragmentos de tres bases a la vez. Cada secuencia de tres bases, conocida como cod\u00f3n, se une a un ARN de transferencia espec\u00edfico (ARNt) que transporta un amino\u00e1cido correspondiente al ribosoma para agregarlo a la cadena de prote\u00edna. Un organismo con un c\u00f3digo gen\u00e9tico alternativo, como las cinco nuevas instancias que encontraron los autores del estudio, tiene codones que corresponden a diferentes amino\u00e1cidos de los que tendr\u00edan en el c\u00f3digo gen\u00e9tico est\u00e1ndar empleado por la gran mayor\u00eda de las formas de vida conocidas.<\/p>\n El c\u00f3digo gen\u00e9tico ha sido grabado en piedra durante 3 mil millones de a\u00f1os, dice a The Scientist<\/em> la coautora del estudio Yekaterina Shulgina, estudiante de posgrado en biolog\u00eda de sistemas de la Universidad de Harvard. El hecho de que algunos organismos hayan encontrado una manera de cambiarlo es realmente fascinante para m\u00ed. Cambiar el c\u00f3digo gen\u00e9tico requiere cambiar mol\u00e9culas antiguas e importantes como los ARNt que son tan fundamentales para el funcionamiento de la biolog\u00eda.<\/p>\n Como tal, se pens\u00f3 que el c\u00f3digo se conservaba en gran medida en todas las formas de vida, y los cient\u00edficos encontraron ocasionalmente excepci\u00f3n durante las \u00faltimas d\u00e9cadas de investigaci\u00f3n. Adem\u00e1s de encontrar cinco nuevos c\u00f3digos gen\u00e9ticos alternativos, el equipo tambi\u00e9n verific\u00f3 otros siete que se hab\u00edan descubierto uno por uno en el pasado, elevando el n\u00famero total de excepciones conocidas en bacterias a 12.<\/p>\n Me complace para ver que todos los resultados que ten\u00edamos hasta ahora salieran en [el nuevo art\u00edculo], el bioqu\u00edmico de la Universidad de Yale, Dieter Sll, que no trabaj\u00f3 en el estudio, le dice a The Scientist<\/em>. Sll ha estado estudiando la evoluci\u00f3n del c\u00f3digo gen\u00e9tico durante d\u00e9cadas y fue el primero en encontrar un c\u00f3digo gen\u00e9tico alternativo en las bacterias. La metodolog\u00eda del equipo fue muy buena, dice, especialmente porque ilustra que el c\u00f3digo gen\u00e9tico es extremadamente flexible.<\/p>\n Volver a encontrar todo lo que ya sab\u00edamos y duplicar el n\u00famero de reasignaciones conocidas fue particularmente impresionante. dice el profesor de evoluci\u00f3n gen\u00f3mica del University College Dublin, Kenneth Wolfe, quien tampoco trabaj\u00f3 en el estudio. Lo que est\u00e1n buscando es realmente raro.<\/p>\n Shulgina y el coautor del estudio Sean Eddy, bi\u00f3logo de Harvard e investigador del Instituto M\u00e9dico Howard Hughes, desarrollaron un algoritmo llamado Codetta, llamado as\u00ed por la piedra de Rosetta, que puede detectar el genoma de un organismo y predecir qu\u00e9 amino\u00e1cidos agregar\u00e1n sus codones a una prote\u00edna determinada. El algoritmo examina r\u00e1pidamente un genoma y lo compara con las prote\u00ednas de los organismos en una base de datos llamada Pfam. Si aparecen suficientes variaciones del c\u00f3digo est\u00e1ndar de manera consistente, Codetta marca el organismo como potencialmente utilizando un amino\u00e1cido alternativo para un cod\u00f3n en particular. A partir de ah\u00ed, los investigadores pueden validar experimentalmente su trabajo buscando el ARNt predicho en el organismo.<\/p>\n Codetta sobresale en la b\u00fasqueda de c\u00f3digos gen\u00e9ticos que son casi iguales al est\u00e1ndar. Por ejemplo, todas las reasignaciones reci\u00e9n descubiertas afectan a la arginina, que normalmente est\u00e1 codificada por los codones AGG, CGA y CGG. En algunos de los c\u00f3digos gen\u00e9ticos alternativos recientemente descubiertos, estos codones se reasignan al amino\u00e1cido tript\u00f3fano, que ya est\u00e1 asociado con el cod\u00f3n similar TGG.<\/p>\n Antes del nuevo estudio, todos los c\u00f3digos gen\u00e9ticos alternativos conocidos en Las bacterias involucraron el cambio de un cod\u00f3n de terminaci\u00f3n que le indica a la maquinaria celular que lleg\u00f3 al final de una prote\u00edna en una asociada con un amino\u00e1cido. Los nuevos resultados revelan los primeros c\u00f3digos gen\u00e9ticos alternativos en bacterias que representan una reasignaci\u00f3n de codones con sentido, es decir, cambiar un cod\u00f3n de un amino\u00e1cido a otro.<\/p>\n Es importante identificar estos c\u00f3digos alternativos, dice Eddy, porque los cient\u00edficos que predicen qu\u00e9 prote\u00ednas sintetizar\u00e1 un organismo bas\u00e1ndose en su genoma lo hacen bajo el supuesto de que el c\u00f3digo gen\u00e9tico est\u00e1ndar est\u00e1 en juego. Entonces, tener en cuenta las desviaciones mejorar\u00e1 la precisi\u00f3n de esas predicciones y evitar\u00e1 que los errores se codifiquen en las bases de datos a medida que se secuencian m\u00e1s y m\u00e1s genomas.<\/p>\n Cambiar el c\u00f3digo gen\u00e9tico requiere cambiar mol\u00e9culas antiguas e importantes como los ARNt que son tan fundamental para el funcionamiento de la biolog\u00eda. Yekaterina Shulgina, Universidad de Harvard<\/p><\/blockquote>\n Pero estos cambios no deber\u00edan ocurrir en circunstancias normales, explica Eddy.<\/p>\n Si intentaste cambiar el significado de un cod\u00f3n, est\u00e1s esencialmente introduciendo mutaciones simult\u00e1neas en todo el genoma, le dice Eddy a The Scientist<\/em>. En cada lugar donde se usa ese cod\u00f3n, simplemente lo sustituyes por un amino\u00e1cido. Es alucinante que un organismo pueda sobrevivir a eso. Los cambios en los codones de parada son considerablemente menos dram\u00e1ticos, agrega Eddy, porque cambiar un cod\u00f3n de parada a un cod\u00f3n de sentido no cambia realmente la funci\u00f3n de una prote\u00edna, sino que simplemente extiende su cola.<\/p>\n Parte de la raz\u00f3n por la que ocurren cambios, Shulgina, es que algunos genomas bacterianos pueden tener una baja composici\u00f3n de ciertos nucle\u00f3tidos en comparaci\u00f3n con otros. Eso reduce el uso de codones que dependen de esos nucle\u00f3tidos a casi cero, lo que facilita que un organismo sobreviva a los cambios sin alterar demasiadas prote\u00ednas de manera dr\u00e1stica.<\/p>\n Al menos en las bacterias, parece que este tipo de fuerzas podr\u00eda explicar por qu\u00e9 el c\u00f3digo gen\u00e9tico evolucion\u00f3 de esta manera, dice Shulgina. Esto podr\u00eda ser totalmente diferente si miramos en otras formas de vida como los eucariotas. Se han encontrado excepciones al c\u00f3digo gen\u00e9tico est\u00e1ndar en eucariotas unicelulares como la levadura, pero los expertos esperan que los c\u00f3digos alternativos sean raros en organismos eucariotas m\u00e1s complejos.<\/p>\n Rastrear por qu\u00e9 surgieron estos c\u00f3digos gen\u00e9ticos alternativos durante la historia evolutiva es dif\u00edcil, dicen varios investigadores a The Scientist<\/em>, en gran parte porque los humanos no pudieron ver c\u00f3mo suced\u00eda. Pero los autores tienen algunas hip\u00f3tesis.<\/p>\n En un caso, Shulgina identific\u00f3 una bacteria que usa el mismo c\u00f3digo alternativo que un virus bacteri\u00f3fago que la infecta, lo que indica que la bacteria aparentemente desarroll\u00f3 un c\u00f3digo alternativo que imped\u00eda su transmisi\u00f3n celular. maquinaria de ser secuestrada y que el fago puede haber hecho la misma adaptaci\u00f3n para seguir a su hu\u00e9sped.<\/p>\n Con ese fin, las bacterias y las arqueas representaron la prueba m\u00e1s f\u00e1cil para Codetta. Shulgina, Eddy y otros investigadores dicen que est\u00e1n ansiosos por ver qu\u00e9 encuentra el algoritmo en la vida eucariota; Sin embargo, ejecutar una pantalla en un genoma eucari\u00f3tico ser\u00eda dif\u00edcil debido a la cantidad de ruido que se agregar\u00eda a la se\u00f1al. Los genomas eucariotas est\u00e1n llenos de pseudogenes no funcionales, explica Shulgina, que tendr\u00edan que filtrarse o contabilizarse en una actualizaci\u00f3n de Codetta para que no confundan el algoritmo.<\/p>\n El equipo tambi\u00e9n ejecut\u00f3 Codetta en el genoma de levadura, un eucariota conocido por tener c\u00f3digos gen\u00e9ticos alternativos, e hizo un nuevo descubrimiento que ayud\u00f3 a validar sus predicciones para las bacterias. En un momento, el algoritmo no ten\u00eda la confianza suficiente para asignar un amino\u00e1cido a un cod\u00f3n en particular. Luego de una mayor investigaci\u00f3n, result\u00f3 que la levadura usa el mismo cod\u00f3n para codificar dos amino\u00e1cidos diferentes.<\/p>\n Mi m\u00e9todo no est\u00e1 dise\u00f1ado para encontrar eso; fue construido para encontrar codificaciones diferentes, no codificaciones ambiguas, dice Shulgina. Codetta no quer\u00eda elegir ning\u00fan amino\u00e1cido para ese cod\u00f3n, as\u00ed que en cierto sentido fall\u00f3 de una manera muy correcta.<\/p>\n Eddy y Shulgina planean refinar el algoritmo y dicen que conocer estas limitaciones de antemano permitir\u00e1 que otros investigadores tomen su trabajo y ejecuten sus propias pantallas gen\u00f3micas. Con ese fin, Shulgina y Eddy han hecho que Codetta est\u00e9 disponible en GitHub para cualquier investigador que desee utilizarlo o desarrollar su propia versi\u00f3n.<\/p>\n Como solo estamos ara\u00f1ando la superficie de la biodiversidad microbiana real, creo que Es muy probable que Codetta sea \u00fatil en el descubrimiento de reasignaciones de codones adicionales, le dice a The Scientist<\/em> por correo electr\u00f3nico el bioqu\u00edmico de la Universidad de Cork, Pavel Baranov, quien no trabaj\u00f3 en el estudio. Estoy ansioso por probarlo yo mismo.<\/p>\n A\u00fan as\u00ed, las predicciones computacionales de Codetta deben validarse con espectroscopia de masas y otras herramientas, dice el bi\u00f3logo de sistemas de la Universidad de Gttingen, Martin Kollmar, a The Scientist<\/em>.<\/p>\n En particular, a Kollmar le hubiera gustado ver m\u00e1s instancias de verificaci\u00f3n experimental, como verificar dos veces que las prote\u00ednas sintetizadas por c\u00f3digos gen\u00e9ticos alternativos tuvieran la composici\u00f3n de amino\u00e1cidos esperada. Pero, agrega, es un trabajo arduo y est\u00e1 fuera del alcance de ese art\u00edculo.<\/p>\n Mientras tanto, todos los investigadores que hablaron con The Scientist<\/em> dijeron que esperan que Codetta contin\u00fae encontrando nuevos excepciones a las reglas establecidas por el c\u00f3digo gen\u00e9tico.<\/p>\n Este estudio es un buen ejemplo de que casi nada se conserva universalmente [a lo largo de toda la vida], dice el bi\u00f3logo de la Universidad de Vanderbilt Antonis Rokas, que no particip\u00f3 en el estudio. trabajar. La biolog\u00eda es solo, en cierto modo, la ciencia de las excepciones.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":" ARRIBA: Mol\u00e9culas de ARN de transferencia (ARNt) transportan amino\u00e1cidos a un ribosoma mientras decodifica una hebra de ARNm para producir una prote\u00edna. 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