Ewen Callaway
Una enzima bacteriana pone patas arriba la biología al leer el ARN (ilustración del artista) en ADN que forma nuevos genes. Crédito: Artur Plawgo/Biblioteca de fotografías científicas
La información genética generalmente viaja por una calle de sentido único: los genes “escritos” en el ADN sirven como plantilla para producir moléculas de ARN, que luego se traducen en proteínas . Esa ordenada historia de los libros de texto se complicó un poco en 1970, cuando los científicos descubrieron que algunos virus tienen enzimas llamadas transcriptasas inversas, que permiten “escribir” el ARN en l ADN, al revés del flujo de tráfico habitual.
Ahora, los científicos han descubierto un giro aún más extraño1 . Una versión bacteriana de la transcriptasa inversa lee el ARN como plantilla para crear genes completamente nuevos escritos en el ADN. Estos genes luego se transcriben nuevamente en ARN, que se traduce en proteínas protectoras cuando una bacteria es infectada por un virus . Por el contrario, las transcriptasas inversas virales no producen genes nuevos; simplemente transfieren información del ARN al ADN.
“Esto es una biología molecular loca”, dice Aude Bernheim, bioinformática del Instituto Pasteur de París, que no participó en la investigación. “Nunca hubiera imaginado que existía este tipo de mecanismo”.
Uno arriba en CRISPR
Las bacterias se defienden de los virus y otros invasores desplegando innumerables defensas, como el gigantesco sistema de edición de genes CRISPR . Uno de los sistemas de defensa más misteriosos contiene el gen de ADN para una transcriptasa inversa y un corto tramo de ARN misterioso sin ninguna función clara: la secuencia no parecía codificar ninguna proteína.
Para descubrir cómo funciona este sistema, un equipo codirigido por el biólogo molecular Stephen Tang y el bioquímico Samuel Sternberg, ambos de la Universidad de Columbia en la ciudad de Nueva York, buscaron moléculas de ADN producidas por una transcriptasa inversa de una bacteria llamada Klebsiella pneumoniae. Encontró secuencias de ADN muy largas que consistían en numerosos segmentos repetidos idénticos. Cada segmento coincidía con un fragmento del misterioso ARN.
Rizar el rizo
Para explicar esto, los autores señalan que las largas hebras de ARN pueden adoptar formas similares a horquillas, acercando dos porciones distantes entre sí. Los investigadores descubrieron que la transcriptasa inversa de K. pneumoniae estaba dando «vueltas» repetidas alrededor de la secuencia de ARN, que estaba enrollada sobre sí misma como un cordón de zapato, escribiendo la misma molécula de ARN en el ADN muchas veces. Esto creó una secuencia de ADN repetitiva.
Se observó que los segmentos repetidos crean una secuencia codificante de proteínas llamada marco de lectura abierto. Los investigadores denominaron a esta secuencia neo, por ‘marco de lectura abierto sin fin’, porque carece de una secuencia que señale el final de una proteína y, por tanto, teóricamente no tiene límite. Luego descubrieron que la infección viral desencadena la producción de la proteína Neo, que hace que las células dejen de dividirse. Los hallazgos, que aún no han sido revisados por pares, se publicaron en el servidor de preimpresión de bioRxiv el 8 de mayo.
Los investigadores dicen que aún no está claro cómo Neo detiene el crecimiento de las células infectadas. Una estructura 3D predicha de una porción de Neo (su longitud probablemente varía dependiendo de la cantidad de su ARN que se traduce) sugiere que forma una serie de hélices. Los experimentos demostraron que romper estas formas obstaculizaba los efectos tóxicos de Neo. También es un misterio exactamente cómo la infección viral inicia la creación de la proteína Neo, dice Bernheim. “Estoy deseando saber esto”.
Vida maravillosa
El descubrimiento de que la transcriptasa inversa, que hasta ahora sólo se conocía por copiar material genético, puede crear genes completamente nuevos ha dejado atónitos a otros investigadores. “Esto parece biología de organismos extraterrestres”, escribió en X Israel Fernández, químico computacional de la Universidad Complutense de Madrid.
“Sus hallazgos fueron sorprendentes”, dice Nicolás Toro García, biólogo molecular de la Estación de Investigación Experimental Zaidín, Consejo Nacional de Investigaciones Científicas de España, en Granada, España, y debería ayudar a los investigadores a desarrollar aplicaciones biotecnológicas para el sistema.
El descubrimiento ha dejado incluso asombrado a Sternberg: “Debería cambiar la forma en que miramos el genoma”.
Fuente: https://www.nature.com/articles/d41586-024-01477-8
https://doi.org/10.1101/2024.05.08.593200 (2024).
