Colisiones frontales entre mecanismos de lectura de códigos ADN aceleran la evolución del gen
(Crédito: DOE Human Genome project/Wikimedia Commons)
Las bacterias parecen acelerar su evolución al colocar genes específicos en toda la ruta donde espera tráfico intenso en la codificación de ADN. Ciertos genes se encuentran en rutas principales de colisión de mecanismos moleculares móviles que leen el código de ADN, explicaron científicos de la Universidad de Washington.
Las tácticas de organización espacial que el organismo utilizado como modelo por los investigadores, Bacillus subtilis, tiene para evolucionar y adaptarse podría ser imitado en bacterias Gram positivas, incluyendo los siempre cambiantes y dañinos gérmenes como estafilococos, estreptococos, y la listeria, para reforzar su virulencia o para causar infecciones persistentes.
Los investigadores creen que estos mecanismos para acelerar la evolución podrían hallarse también en otros organismos vivos.
La replicación –duplicación del código genético para crear un nuevo grupo de genes– y la transcripción –la copia de código de ADN para producir una proteína– no están separados en tiempo o espacio en la bacteria.
Por consiguiente, los choques entre estos mecanismos son inevitables. La replicación que viaja rápidamente a lo largo de una hebra de ADN puede ser detenida por un choque contrario o incluso en la misma dirección por una transcripción que se mueve más lentamente.
Houra Merrikh y Evgeni Sokurenko, autores principales del estudio, así como sus equipos de investigación, trabajan conjuntamente para la comprensión de las consecuencias evolutivas de estos conflictos.
El tema principal para Merrikh y su equipo es la comprensión de los aspectos mecánicos y fisiológicos de los conflictos en células vivas –incluyendo el por qué y cómo estas colisiones ocasionan mutación.
Impedimentos a la replicación, notó el equipo, puede causar inestabilidad dentro del genoma, como el borrado de cromosomas o re-arreglos, o separación incompleta de material genético durante la división celular.
Para evitar encuentros no deseados, la bacteria orienta la mayoría de sus genes a lo largo de lo que se conoce como cadena adelantada de ADN, en lugar de la cadena retrasada. Los términos se refieren a la dirección en que las actividades de codificación viajan en diferentes horquillas del ADN desenrollado. Colisiones frontales entre la replicación y la transcripción se dan en la cadena retrasada.
A pesar del riesgo alto de colisiones de alteración de genes, la bacteria estudiada, B. subtilis, orienta el 25 por ciento de sus genes, y 6 por ciento de sus genes esenciales, a lo largo de la cadena retrasada.
Los científicos observaron que genes bajo una enorme presión para mutación de aminoácidos por selección natural, una señal de su capacidad de adaptación, se encontraban en la cadena retrasada. Los aminoácidos son los bloques constituyentes de las proteínas. Basados en su análisis de mutaciones en las cadenas adelantada y retrasada, los investigadores encontraron que un promedio de acumulación de mutaciones era mayor en los genes orientados a colisiones directas ocasionados por conflictos de replicación y transcripción, en contraste con conflictos co-direccionales.
De acuerdo a los investigadores, tanto los análisis de mutación del genoma y los hallazgos experimentales indican que los conflictos de choque directo tienen mayores posibilidades de ocasionar mutaciones que los conflictos en la misma dirección. Ellos también descubrieron que los genes más largos proporcionan más posibilidades de tener conflictos de replicación-transcripción. Genes más largos son más susceptibles a sufrir mutación.
Los investigadores también notaron que choques directos entre replicación-transcripción, y las mutaciones subsecuentes, podrían substancialmente aumentar las variaciones estructurales en proteínas codificadas por genes mutados. Algunas de estas variaciones podrían dar a la bacteria nuevas opciones de adaptación a los cambios o presiones en su medio ambiente. Como un inversionista inteligente, la bacteria parece proteger la mayor parte de su código genético, pero expone una pequeña parte a la mutación.
Los investigadores también señalaron que “Un cambio simple en la orientación del gen… podría facilitar la evolución en genes específicos de una manera deseada. Al investigar los objetivos principales de formación de conflictos generadores de mutaciones sería posible obtener ideas de largo alcance para la adaptación y evolución de organismos”.
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