El plano de la vida en nuestro planeta suele estar escrito por moléculas de ADN que utilizan un alfabeto genético de cuatro letras. Pero algunos virus invasores de bacterias llevan ADN con una letra diferente, Z, que puede ayudarlos a sobrevivir. Y nuevos estudios lo demuestranestá mucho más extendido de lo que se pensaba.
Una serie de nuevos artículos describen cómo esta extraña letra química entra en viral ADN , y los investigadores ahora han demostrado que el "genoma Z" está mucho más extendido en los virus invasores de bacterias en todo el mundo, y es posible que incluso haya evolucionado para ayudar a los patógenos a sobrevivir a las condiciones cálidas y duras de nuestros primeros años. planeta .
El tres separado estudios se publicaron el jueves 29 de abril en la revista Science.
El ADN casi siempre está formado por el mismo alfabeto de cuatro letras de compuestos químicos conocidos como nucleótidos: guanina G, citosina C, timina T y adenina A. Una molécula de ADN consta de dos hebras deEstos productos químicos están unidos en forma de doble hélice. El alfabeto del ADN es el mismo, ya sea que codifique ranas, humanos o la planta junto a la ventana, pero las instrucciones son diferentes. La molécula de ARN usa casi el mismo alfabeto, pero usa uraciloU en lugar de timina.
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En 1977, un grupo de científicos en Rusia descubrió por primera vez que un cianófago, o a virus que invade un grupo de bacterias conocido como cianobacterias, había sustituido todos sus A por la química 2-aminoadenina Z. En otras palabras, un alfabeto genético que normalmente consiste en ATCG en la mayoría de los organismos de nuestro planeta era ZTCG en estos virus.
Durante décadas, este fue un descubrimiento sorprendente, tan extraño como deletrear manzanas "zpples", y se sabía poco sobre cómo esta sustitución de una letra pudo haber afectado al virus. A fines de la década de 1980, los investigadores encontraron que este nucleótido Zen realidad le dio al virus algunas ventajas: era más estable a temperaturas más altas, ayudó a que una hebra de ADN se uniera con mayor precisión a la segunda hebra de ADN después de la replicación el ADN es de doble hebra, y el Z-ADN podía resistir ciertas proteínas presentes enbacterias que normalmente destruirían el ADN viral.
Ahora, dos grupos de investigación en Francia y uno en China han descubierto otra pieza del rompecabezas: cómo este nucleótido Z termina en los genomas de los bacteriófagos, virus que invaden las bacterias y usan su maquinaria para replicarse.
Fábrica Z
Los tres grupos de investigación, utilizando una variedad de técnicas genómicas, identificaron una parte de la vía que conduce al genoma Z en los bacteriófagos.
Los dos primeros grupos encontraron dos proteínas principales conocidas como PurZ y PurB que participan en la producción del nucleótido Z. Una vez que el cianófago inyecta su ADN en las bacterias para replicarse, se produce una serie de transformaciones: esas dos proteínas forman un precursorZ-molécula y luego convertir la molécula precursora Z en el nucleótido Z. Otras proteínas luego lo modifican para que pueda incorporarse al ADN.
El tercer grupo identificó la enzima responsable de ensamblar nuevas moléculas de ADN a partir de la molécula de ADN original: una ADN polimerasa conocida como DpoZ. También encontraron que esta enzima excluye específicamente el nucleótido A y siempre agrega el Z.
Durante décadas, solo se sabía que el genoma Z existía en una especie de cianobacteria. "La gente creía que este genoma Z era tan raro", dijo Suwen Zhao, profesor asistente en la escuela de ciencias de la vida y tecnología de la Universidad ShanghaiTech.y el autor principal de uno de los estudios, dijo.
Zhao y su equipo analizaron secuencias de los fagos con el genoma Z y las compararon con otros organismos. Descubrieron que los genomas Z están en realidad mucho más extendidos de lo que se pensaba anteriormente. El genoma Z estaba presente en más de 200 tipos diferentesde bacteriófagos.
Los fagos que llevan este genoma Z "podrían considerarse como una forma de vida diferente", dijo Pierre Alexandre Kaminski, investigador del Institut Pasteur en Francia, autor principal de otro de los estudios y coautor del tercero,Pero "es difícil saber el origen exacto", y es necesario explorar hasta qué punto esta proteína PurZ existe en los bacteriófagos, y tal vez incluso en los organismos, le dijo a Rhythm89.
Kaminski y su grupo analizaron el evolutivo historia de la proteína PurZ y descubrió que está relacionada con una proteína llamada PurA que se encuentra en las arqueas y que sintetiza el nucleótido A. Esta conexión evolutiva "distante" plantea la pregunta de si las proteínas involucradas en la producción del nucleótido Z surgieron primeroen bacterias y eventualmente fueron adaptadas por virus, o si ocurrieron con más frecuencia en formas de vida preliminares en el planeta, quizás incluso dentro de las células, Michael Grome y Farren Isaacs de la Universidad de Yale, que no formaron parte de los estudios, escribieron en un artículo en perspectiva relacionadotambién publicado en la revista ciencia el 29 de abril
PurZ y DpoZ a menudo se heredan juntos, lo que sugiere que los genomas Z han existido junto con el ADN normal desde los primeros días de la vida en nuestro planeta, antes de hace 3.500 millones de años, escribieron. Además, un análisis realizado en 2011 deun meteorito que cayó en la Antártida en 1969 descubrió el nucleótido Z junto con algunos nucleótidos estándar y no estándar probablemente de origen extraterrestre, "planteando un papel potencial para Z en formas tempranas de vida", escribieron.
Futuro Z
Es posible que este genoma Z, si existiera tan temprano en la historia de nuestro planeta, podría haber conferido una ventaja a las formas de vida tempranas. "Creo que es más adecuado para que los organismos del genoma Z sobrevivan en el ambiente cálido y hostil".del planeta primitivo, dijo Zhao.
El genoma Z es muy estable. Cuando dos hebras de ADN normal se unen para formar una doble hélice, dos hidrógeno los enlaces unen A a T, y tres enlaces de hidrógeno unen G a C. Pero cuando A se reemplaza con Z, tres enlaces de hidrógeno los unen, lo que hace que el vínculo sea más fuerte. Este es el único ADN anormal que modifica el enlace de hidrógeno, Dijo Kaminski.
Pero no es de extrañar que el genoma Z no esté extendido entre las especies en la actualidad. El genoma Z crea ADN muy estable, pero no flexible, dijo Zhao. Para muchos eventos biológicos, como la replicación del ADN, necesitamos descomprimir elde doble hebra, y el enlace de hidrógeno adicional hace que desabrochar sea más difícil, dijo. "Creo que es más adecuado para ambientes cálidos y duros, pero no este ambiente más cómodo en este momento", dijo Zhao.
Aún así, la estabilidad del genoma Z lo convierte en un candidato ideal para ciertas tecnologías. Ahora que los investigadores saben qué proteínas usa el virus para producir estos genomas Z, los científicos pueden hacerlo ellos mismos. "Ahora podemos producir el genoma Z ena gran escala ", dijo Zhao.
Por ejemplo, el genoma Z puede ayudar a mejorar la terapia con fagos, que es un método de tratamiento de infecciones bacterianas que usa bacteriófagos, generalmente cuando las bacterias desarrollan resistencia a los antibióticos, dijo. O podría usarse para mejorar la longevidad ycapacidad de focalización de las hebras de ADN utilizadas en la terapia génica, según el artículo de perspectiva. Además, los investigadores podrían estudiar lo que podría suceder si incorporan el genoma Z en las células para mejorar el funcionamiento de la célula, según el artículo de perspectiva.
Pero todavía hay muchas preguntas sin respuesta sobre el genoma Z, dijo Zhao. Por ejemplo, espera entender si su estructura 3D tiene alguna diferencia con la del ADN normal, mientras que Kaminski espera explorar más a fondo las ventajas de este Z-el genoma le da al bacteriófago además de ayudarlo a evadir las proteínas de defensa de las bacterias.
No se sabe si el genoma Z también puede formar hebras del ARN relativo del ADN, según el artículo de perspectiva. Ni siquiera está claro si este genoma Z puede incorporarse a los genes del huésped bacteriano de un virus. Lo que está claroSegún estos estudios, el genoma Z está más extendido de lo que pensábamos, y probablemente tiene una historia evolutiva muy interesante.
Publicado originalmente en Rhythm89.