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El antiguo ‘ADN basura’ marsupial podría ser útil después de todo

El antiguo 'ADN basura' marsupial podría ser útil después de todo
Los demonios de Tasmania fueron uno de los 13 marsupiales cuyo ADN se analizó en busca de evidencia de fósiles virales. Crédito: Shutterstock

Los fósiles de virus antiguos se conservan en los genomas de todos los animales, incluidos los humanos, y durante mucho tiempo se han considerado ADN basura. Pero, ¿son realmente basura o realmente tienen un propósito útil?


por la Universidad de Nueva Gales del Sur


Los investigadores de la UNSW Sydney, que examinaron el ADN y el ARN de 13 especies de marsupiales australianos , creen que los fósiles virales pueden ayudar a proteger a los animales de la infección.

«Estos fragmentos virales se han retenido por una razón. Durante millones de años de evolución, esperaríamos que todo el ADN cambiara, sin embargo, estos fósiles se conservan y se mantienen intactos», dice la estudiante de doctorado e investigadora principal Emma Harding, de la Escuela de Biotecnología de la UNSW. y Ciencias Biomoleculares.

«Nuestro estudio muestra cómo los virus enterrados en el ADN de los animales se utilizan para producir lo que llamamos ARN no codificantes, que llevan a cabo tareas dentro de las células animales , como la protección contra infecciones externas».

«El ADN animal básicamente se ha apoderado de una secuencia viral, que solía dañarlo, y termina usándola para su propio beneficio».

Si la Sra. Harding tiene razón, su teoría puede tener implicaciones importantes para nuestra comprensión del papel de los fósiles virales en nuestro propio ADN y en el reino animal en general. Por ejemplo, los fósiles virales se pueden convertir en ARN que se une específicamente al virus y lo destruye si intenta infectar la célula nuevamente.

“Este podría ser un mecanismo similar a la vacunación, pero se hereda de generación en generación. Al mantener un fósil viral, la célula se inmuniza contra futuras infecciones.

«Si podemos mostrar que ocurre en marsupiales, también puede estar ocurriendo en otros animales, incluidos los humanos.

«Entonces, si miramos más de cerca los fósiles virales dentro de nuestro ADN, podríamos obtener pistas sobre cómo pueden estar protegiéndonos», dice la Sra. Harding.

Rebobinado evolutivo

Para comprender cómo llegó la Sra. Harding a sus conclusiones, vale la pena retroceder cien millones de años hasta una época en la que Australia fue una vez parte del supercontinente Gondwanaland junto con América del Sur, África y la Antártida.

Los científicos creen que los primeros marsupiales se originaron en América del Sur y luego emigraron a Australia a través de la Antártida. La falta de mamíferos competidores en estas regiones del sur puede haber permitido que los marsupiales evolucionen aún más, con unas 250 especies que viven ahora en Australia y unas 120 en América del Sur.

La Sra. Harding dice que cuando observamos la composición genética de los marsupiales australianos, la presencia de fósiles virales, conocidos como elementos virales endógenos (EVE), son como marcas de tiempo que marcan cuándo un animal está infectado.

«Mi investigación analiza los EVE en marsupiales australianos para, en primer lugar, identificar qué tipos de virus se han integrado y, en segundo lugar, investigar si desempeñan un papel activo en las células marsupiales.

“Uno de los EVE que encontré fue de la familia de virus Bornaviridae, que ingresó por primera vez en el ADN de los animales durante la época de los dinosaurios, cuando las masas de tierra de América del Sur y Australia todavía estaban unidas.

«Anteriormente se pensaba que los virus de Bornaviridae habían evolucionado hace 100 millones de años. Pero el que encontré en casi todos los ADN de marsupiales que miramos lo sitúa en 160 millones de años, por lo que fue genial poder contribuir a nuestro conocimiento de la historia evolutiva. .

«Al comprender cómo han evolucionado los virus, podemos predecir cómo pueden cambiar en el futuro y planificar estrategias para prevenir brotes».

La obra

Los investigadores examinaron múltiples transcriptomas (la colección de todo el ARN en una célula) de demonios de Tasmania, ualabíes tammar, bandicoots de nariz larga, dunnarts de cola gruesa, wombats de nariz descubierta, koalas y planeadores del azúcar. También observaron transcriptomas individuales de un falso antechinus, bandicoot marrón sureño, zarigüeya rayada, zarigüeya pigmea occidental, zarigüeya cola de cepillo y un ualabí de roca de patas amarillas.

Utilizaron la secuencia genética de los virus modernos, como el Ébola y el Zika, para cazar a través de los transcriptomas y buscar coincidencias, es decir, fragmentos de virus marsupiales antiguos. El beneficio de buscar a través del transcriptoma en lugar del genoma es que encuentra fragmentos virales que todavía están «encendidos» y transcritos, lo que produce ARN en las células de los marsupiales, a diferencia de los fósiles estancados.

«La transcripción es evidencia de que los EVE están activos en las células y posiblemente hacen algo funcional», dice la Sra. Harding.

De las más de 130 familias virales conocidas, tres se vieron una y otra vez en toda la especie marsupial.

Bornaviridae, Filoviridae y Parvoviridae se ven comúnmente en mamíferos euterios (o placentarios), incluidos los humanos. La Sra. Harding dice que notó una tendencia única en los marsupiales donde diferentes partes de los genomas virales se retuvieron como fósiles a lo largo del tiempo.

“Fue interesante ver que los planos de ADN para dos proteínas virales —la nucleocápside, que es la capa del virus, además de una enzima esencial para la replicación— eran muy comunes en el marsupial.

«Nuestra hipótesis es que estas dos proteínas son buenos objetivos para la defensa antiviral, por lo tanto, se han mantenido copias de ellas en el genoma. Estas copias pueden bloquear áreas del genoma viral entrante para que el virus no pueda producir adecuadamente estas proteínas. Sin las proteínas, no se puede replicar y el sistema inmunológico puede eliminar la infección «.

Especies protegidas

Los investigadores también encontraron evidencia de pequeñas moléculas de ARN que se sabe que se dirigen y descomponen cadenas de ARN virales extrañas, lo que agrega más peso a la hipótesis de lucha contra los virus .

«Descubrí que algunas EVE se empalmaron del genoma para crear siRNA y piRNA, dos tipos de moléculas que se utilizan en el sistema inmunológico de plantas y animales, incluidos los humanos», dice la Sra. Harding.

«Estas moléculas de ARN se enriquecieron en los testículos de los marsupiales machos y pueden ayudar a proteger a la futura descendencia de infecciones virales. Los marsupiales tienen un desarrollo muy diferente al de otros mamíferos y nacen sin un sistema inmunológico completamente funcional, por lo que estas pequeñas moléculas puede ayudarlos a defenderlos mientras aún están creciendo «.

El estudio se basó en los datos de secuencia de ARN disponibles de 35 muestras de 13 marsupiales. La Sra. Harding espera que las investigaciones de laboratorio futuras demuestren su papel en la inmunidad viral, lo que podría conducir al desarrollo de nuevos antivirales de ARN contra una amplia gama de virus.

La investigación se publicó recientemente en Virus Evolution y una revisión se publicó en Microbiology Australia .



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