NeoFronteras

Más anomalías en la universalidad del código genético

Área: Biología — domingo, 25 de mayo de 2014

Un estudio encuentra que en una fracción apreciable de microorganismos se usan códigos genéticos que se apartan levemente de la universalidad que se había asumido hasta el momento al código genético.

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El código genético es universal e independiente del individuo o especie considerada. Para cualquier especie de ser vivo este código se encarga de traducir la información genética a proteínas de manera específica. El genoma sería el conjunto de genes en particular de una especie o de un ser vivo en concreto.
Un gen es un “frase” con significado genético que determina una proteína. Sus “palabras” están formadas por grupos de tres “letras” (tres bases del ADN o condón) y a cada uno de estos tripletes le corresponde un aminoácido en concreto una vez se traduce. Una secuencia de aminoácidos forma una proteína. El código genético se encarga de decir qué aminoácido corresponde a cada uno de estos tripletes.
La información genética está almacenada en el ADN en forma de las bases nitrogenadas A, C, G y T (adenina, citosina, guanina y timina). Esta información es leída por moléculas de ARN (éste utiliza el uracilo ‘U’ en lugar de timina ‘T’ además de las otras tres bases) que viaja hasta los ribosomas con esos datos para que allí se construyan las proteínas. Es en los ribosomas donde se produce la traducción. Así por ejemplo, el codón AAG será traducido por el aminoácido lisina (Lys) o el codón AGA por arginina (Arg). Como hay más combinaciones de tres bases escogidas de entre cuatro posibles (en total 64 codones) que aminoácidos usados en los sistemas biológicos (22 en total), hay combinaciones diferentes que producen el mismo aminoácido, pero dada una combinación en concreto le corresponde uno y solo un aminoácido. Además, hay codones de paro o detención que determinan en comienzo y final de los genes y que dictan cuándo se empieza a formar la cadena de aminoácidos y cuándo termina.
Todo este sistema se asumía como universal para todas las especies terrestres. Aunque, en general, es así, se han ido descubriendo excepciones. Así por ejemplo, hace unos pocos años vimos en NeoFronteras un resultado de Vadim Gladyshev y sus colaboradores (University of Nebraska) según el cual un microorganismo (el protozoo Euplotes crassus) puede codificar algunas veces la secuencia UGA por selenocisteina (Sec), en lugar de por cisteina (Cys) como ocurre en el resto de los organismos conocidos.
Obviamente no se han analizado todos los organismos terrestres a nivel genético con el detalle suficiente, por eso no es extraño que aparezcan más casos de violación del código genético, casos que generalmente se hallan por casualidad. Los ejemplos, sin embargo, se van acumulando, por lo que estas violaciones no son tan raras como se pensaba.
Ahora un grupo de investigadores liderados por Edward Rubin (Joint Genome Institute en Walnut Creek) ha ido buscando estas violaciones a propósito en el ADN y ARN de microbios encontrados en 1700 localizaciones a lo largo de todo el mundo, incluidas 17 del cuerpo humano. Según los resultados obtenidos hay una proporción significativa de organismos que tienen excepciones a la universalidad del código genético.
El estudio forma parte del proyecto que pretende estudiar la “materia oscura” microbiana consistente en una multitud de especies de microorganismos que no se sabe cómo cultivarlos en laboratorio y, por tanto, son muy difíciles de analizar. Aproximadamente el 99% de las especies microbianas caen dentro de esta categoría. Sin embargo, muchas de estas especies son cruciales en determinados ambientes, favorecen el crecimiento de las plantas, contribuyen a los ciclos de los bioelementos e incluso intervienen en el clima.
Para poder estudiar estos seres se tiene que recurrir a herramientas de metagenómica con las que se usa sólo una célula y no hay cultivo.
Entre otras cosas estos investigadores han encontrado que el triplete usado habitualmente como señal de paro o detención no funciona como tal en ciertos microorganismos y en su lugar este triplete codifica un aminoácido.
Un caso interesante fue el de una bacteria con genes extraordinariamente cortos, de sólo unas 200 pares de bases, cuando lo normal son 800-900 bases. La razón era el suponer que el triplete de paro era el mismo que en el resto de los seres, cuando se interpretó correctamente lo que pasaba, que usaba una señal de final de gen distinta, entonces los genes tenían la longitud habitual.
Para este estudio se realizó un análisis masivo de 5,6 billones de bases, lo que equivale a 2000 genomas humanos. En muchos casos, en concreto en 31,415 muestras, encontraron este tipo de anomalía. La reasignación de la señal de parada llegaba a darse en el 10 por cierto de los casos analizados en algunos ambientes. Además de en bacterias también se daba en algunos virus bacteriófagos.
Lo virus bacteriófagos o fagos infectan bacterias y monopolizan su maquinaria genética para fabricar más fagos hasta que la bacteria explota y libera los nuevos fagos al medio. Lo increíble de este caso es que los fagos pueden infectar bacterias con una variante de paro o detención distinta. Al parecer al fago no le afecta cómo es el código genético de la bacteria a la que infecta y se las apaña para evitar el problema usando ciertos trucos moleculares.
Este tipo de estudios pueden ser útiles en el reciente y emergente campo de la biología sintética en la que se podrían generar microorganismos con distintos códigos genéticos del “universal”, incluso con códigos genéticos expandidos con más de cuatro bases distintas. Microorganismos así diseñados y manipulados genéticamente no podrían, por tanto, intercambiar genes con los naturales, por lo que serían más seguros. Sin embargo, el ejemplo de los fagos antes mencionado nos sugiere que hay que tener mucho cuidado, pues ciertos virus infectan pese a tener un código ligeramente distinto al de su víctima.
En todo caso, el estudio pone de manifiesto que el código genético es más maleable de lo que pensábamos.

Copyleft: atribuir con enlace a http://neofronteras.com/?p=4437

Fuentes y referencias:
Artículo original.
No universalidad del código genético
Ilustración: Wayne Keefe, Berkeley Lab Creative Services.

Salvo que se exprese lo contrario esta obra está bajo una licencia Creative Commons.
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10 Comentarios

  1. tomás:

    El antecedente a que se refiere el artículo es:
    http://neofronteras.com/?p=1616

  2. tomás:

    ¿El 99% de las especies microbianas no se sabe como han de ser cultivadas en el laboratorio? ¿Interpreto bien? Si es así no me lo podía imaginar. ¿No basta simular el medio -temperatura, humedad, alimentación, etc.- para que se reproduzcan? Podía imaginar que fuesen un pequeño tanto por ciento, pero nada menos que el 99%, o sea, casi todos…

  3. NeoFronteras:

    Estimado Tomás:
    En las referencias ya estaba el resultado visto por aquí:
    http://neofronteras.com/?p=1626
    Hay una errata en la que aporta.

  4. Miguel Ángel:

    Mi buen amigo “tomás”:

    Que no se puedan cultivar puede deberse a:

    1-Que el microbio sea parásito de otro.
    2-Que requiera condiciones de equilibrio (sintrofía) muy difíciles de brindar en el laboratorio.
    3-Que simplemente no sepamos cómo preparar un medio adecuado.

    Ese porcentaje es una estimación, también se estima que el porcentaje de no cultivables es mucho mayor si nos referimos a especies marinas (en las que se han realizado menos intentos de cultivo).

    Aun así, contamos con otros métodos para estudiarlos, entre los que destacan:
    -Los basados en la PCR (Reacción en Cadena de la Polimerasa), incluyendo la electroforesis de gradiente denaturante.
    -Clonación ADN.
    -Secuenciación de alto rendimiento.
    -Microarreglo de ADN.
    -Clonación de genes blancos de especies ambientales.

    Más abrazos.

  5. Miguel Ángel:

    *Falletes en el anterior: “aun así” (sin tilde en “aun”) y la despedida que he colado en la última lista. Es que no son horas, pero no es mal modo de ir pasando la guardia…¡ya queda menos!

  6. tomás:

    Estimado Neo:
    Lamento haberme equivocado porque igual alguien ha perdido el tiempo por mi culpa. Gracias por corregirme tan rápidamente. Y tienes toda la razón: bastaba pinchar en la referencia. ¡Que catástrofe!
    Mil perdones. ¿no sería mejor sustituir ese uno errado? O, simplemente, borrar el innecesario comentario. En fin, lo que no quisiera es eso, equivocar a nadie.
    Lo lamento.

  7. tomás:

    Gracias por la lección, mi buen amigo Miguel Ángel. No imaginaba tanta complejidad.

  8. NeoFronteras:

    Estimado Miguel Ángel:
    He corregido el error en su 4.

  9. Miguel Ángel:

    Muchas gracias, Neo.

  10. javier:

    Muchas de las bacterias conocidas (incluso desde hace mas de un siglo)que nunca han podido cultivarse incluyen algunas que producen enfermedades muy conocidas: la lepra; el mycobacterium leprae o bacilo de Hensen (o algunas de sus variantes descubiertas actualmente), incluso tengo entendido que existe un premio aun vigente para el que pueda cultivar el bacilo de Hensen y demostrarlo.

    Saludos

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