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Los biólogos rastrean los genomas mitocondriales estables de las plantas hasta un gen que se encuentra en virus y bacterias


Se podría decir que las mitocondrias, los orgánulos productores de energía dentro de cada célula humana, bailan a su propio ritmo. Después de todo, tienen su propio genoma, un conjunto de cromosomas que contienen ADN, completamente separados del genoma del núcleo de la célula.


por Anne Manning, Universidad Estatal de Colorado


Las mitocondrias son esenciales para la vida porque potencian las reacciones bioquímicas de la célula, pero hacen muchos pasos en falso, es decir, sus genomas lo hacen. Los genomas mitocondriales humanos son notoriamente propensos a la mutación, razón por la cual tantos trastornos genéticos, desde diabetes mellitus hasta miopatía mitocondrial, están vinculados a genes que funcionan mal en este orgánulo.

Tratando de entender por qué los genomas mitocondriales humanos se estropean tanto, el biólogo Dan Sloan de la Universidad Estatal de Colorado cree que tenemos mucho que aprender de nuestros primos evolutivos muy lejanos: las plantas . Al igual que nosotros, las plantas mantienen un genoma mitocondrial separado , pero a diferencia de nosotros, los genomas mitocondriales de las plantas tienen algunas de las tasas de mutación más lentas conocidas de cualquier ser vivo: aproximadamente una mutación en cada posición de ADN en mil millones de años. La forma en que mantienen sus secuencias genéticas bloqueadas, mientras que nosotros no, ha sido un misterio para muchos biólogos.

Sloan está financiado por una subvención de los Institutos Nacionales de Salud para investigar por qué las plantas tienen genomas mitocondriales tan estables, y su laboratorio recientemente ha encontrado una ventaja tentadora. Han rastreado esta estabilidad hasta un gen particular, MSH1, que las plantas tienen pero los animales (incluidos nosotros) no. Sus experimentos, descritos en Proceedings of the National Academy of Sciences, podrían dar una idea de por qué los genomas mitocondriales animales tienden a mutar, lo que posiblemente conduzca a terapias innovadoras para prevenir tales mutaciones .

«Comprender cómo algunos sistemas han podido mantener estas tasas de mutación realmente precisas y bajas, establece la oportunidad de comprender la otra cara de la moneda: cómo es que los humanos sufren tasas de mutación mitocondrial tan altas», dijo Sloan, profesor asociado en Departamento de Biología. «No es tan simple como la desagradable química que ocurre dentro de estos compartimentos mitocondriales, como algunos han pensado. Probablemente se deba a más diferencias entre la maquinaria de corrección de errores de los organismos. Esa es una de las líneas clave que surge de esta investigación».

Probado varios genes posibles

Los investigadores probaron varios genes de plantas que pensaron que podrían ser responsables de la estabilidad genómica mitocondrial. Descubrieron que la interrupción del gen MSH1 en una planta común, Arabidopsis thaliana, condujo a aumentos masivos en la frecuencia de mutaciones puntuales y cambios en el ADN mitocondrial. Resulta que MSH1 contiene características moleculares que pueden hacer que reconozca los desajustes de los pares de bases de nucleótidos durante el proceso de copia de ADN. Los investigadores planean hacer un seguimiento de esta hipótesis en estudios posteriores.

El gen MSH1 existe en plantas, pero no en animales, lo que ofrece una buena explicación de por qué los genomas mitocondriales humanos mutan con tanta frecuencia. Los investigadores luego preguntaron, ¿de dónde vino este gen?

Para encontrar una respuesta, el investigador universitario y coautor del artículo, Connor King, se propuso explorar la distribución del gen en el árbol de la vida. Extrajo computacionalmente los depósitos de secuencias de nucleótidos y proteínas para encontrar qué especies tienen el gen. Encontró evidencia del gen no solo en plantas sino también en muchos linajes de organismos complejos, incluidos organismos eucariotas unicelulares, así como algunas especies procariotas y virales.

El análisis de King plantea la posibilidad de que el gen provenga de los llamados virus gigantes que tienen genomas casi del tamaño de bacterias y son mucho más complejos que los virus típicos. Es posible que se hayan compartido con otros organismos a través de una antigua transferencia horizontal de genes, en la que una especie transfiere ADN a otra.

«Los resultados de Connor nos dicen claramente que este gen se ha transferido a diferentes partes del árbol de la vida», dijo Sloan. Esta idea sería coherente con la idea de que algunos organismos logran tomar prestada maquinaria de los virus y reemplazarla por la suya.

El estudio fue posible gracias a la secuenciación avanzada de ADN, en la que se pueden extraer grandes cantidades de ADN para encontrar mutaciones muy raras. El estudiante graduado y coautor Gus Waneka lideró una innovación clave que personalizó una técnica llamada secuenciación dúplex para aumentar su precisión dentro del margen de error que el equipo necesitaba para sacar sus conclusiones.


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