Un nuevo estudio describe cómo las colisiones frontales entre las máquinas de proteínas en los cromosomas pueden alterar la replicación del ADN y aumentar la tasa de mutaciones genéticas que ayudan a las bacterias a sobrevivir en ambientes hostiles, resistir los antibióticos y los ataques contundentes de las defensas inmunes.
El estudio aparece en la revista Celda .
Houra Merrikh, profesora asistente de microbiología en la Facultad de Medicina de la Universidad de Washington en Seattle, dirigió el grupo de investigación.
Ella dijo que los hallazgos sugieren que estas colisiones frontales son parte de un proceso por el cual las bacterias controlan su evolución al acelerar las mutaciones en genes clave involucrados en el manejo de nuevas condiciones.
"Estas colisiones pueden servir como un mecanismo para promover la adaptación en condiciones críticas en la vida de una bacteria, como la adaptación al estrés ambiental o, en el caso de bacterias que causan enfermedades, a condiciones dentro de una célula huésped durante la infección" Merrikhdijo.
Los investigadores del estudio observaron las colisiones que ocurren entre dos tipos de máquinas moleculares, grandes complejos de proteínas que se arrastran a lo largo de los cromosomas mientras "leen" las instrucciones genéticas codificadas en la secuencia del ADN de los cromosomas.
Una de estas máquinas, llamada ARN polimerasa, usa las instrucciones codificadas en los genes para ensamblar una cadena de ARN, llamada ARN mensajero denominado ARNm. La célula usará esta cadena como plantilla para sintetizar proteínas, un proceso llamadotranscripción.
El trabajo de la otra máquina, llamada replisoma, es hacer una copia del cromosoma durante la división celular, un proceso llamado replicación. Esto le da a los descendientes de la célula su propio cromosoma. Durante cada uno de estos procesos, las dos cadenas deel ADN bicatenario debe abrirse para que las secuencias de ADN que contienen el código genético puedan leerse.
Debido a que la mayoría de los genes están orientados a la replicación, estas máquinas generalmente viajan en la misma dirección a medida que avanzan a lo largo del cromosoma. Debido a que los replisomas viajan más rápido, a veces superan a la ARN polimerasa más lenta y causan una colisión trasera.
Aunque estas colisiones pueden interferir con la replicación, la interrupción suele ser menor. En esos casos, las células tienen mecanismos para resolver rápidamente estos problemas.
Sin embargo, hay algunos genes que están codificados dentro del cromosoma "hacia atrás". Cuando estos genes deben expresarse, la ARN polimerasa debe viajar en el sentido opuesto a la dirección habitual, y una colisión frontal entre la ARN polimerasa yse produce replisoma
Estas colisiones frontales resultan tener un impacto mucho mayor en la replicación y transcripción. También aumentan la frecuencia de errores genéticos en estos genes "hacia atrás".
Investigaciones anteriores han sugerido que dos máquinas se detienen porque realmente entran en contacto directo, o cuando se acercan entre sí, el ADN entre ellas se tuerce en bobinas apretadas, verificando así su progreso.
Si bien estos pueden ser factores, en el nuevo estudio, los investigadores de la Universidad de Washington demuestran que otro mecanismo podría explicar por qué las colisiones frontales son tan perjudiciales y cómo aumentan la formación de mutaciones en algunos genes.
Lo que los investigadores encontraron fue que cuando ocurren estas colisiones, la cadena de ARN mensajero que está siendo ensamblada por la ARN polimerasa en realidad se une a una de las cadenas de ADN detrás de ella. Esa cadena se abrió durante el proceso de transcripción. Esta unión crea un ARN:Híbrido de ADN, llamado R-loop para ARN-loop, que bloquea efectivamente la replicación.
Los investigadores encontraron que el bloqueo es tan efectivo que, sin una enzima que elimina los R-loops, la bacteria muere.
¿Pero por qué existen estos genes de frente hacia atrás si representan tal amenaza? Resulta que la mayoría de estos genes de frente son los que se activan cuando las bacterias están bajo estrés, por ejemplo, cuando están expuestasa un ambiente hostil
Merrikh y sus colegas postulan que en estas situaciones de alto estrés, las colisiones frontales aumentan las mutaciones en estos genes de respuesta al estrés. Algunas de estas mutaciones pueden aumentar las posibilidades de que la descendencia de la bacteria sobreviva y prospere en condiciones similares en el futuro.
Kevin Lang, un becario postdoctoral en el laboratorio de Merrikh y primer autor del estudio, dijo que el mecanismo parece ser una compensación: las bacterias aceptan que mientras las colisiones frontales interrumpen la replicación y aumentan las mutaciones dañinas, también promuevenel potencial de mutaciones beneficiosas en genes clave que les permitirán sobrevivir en condiciones difíciles.
"Una de las bacterias que estudiamos, Listeria monocytogenes, puede vivir en varios ambientes como alimentos salados en su refrigerador o, cuando se infecta, en sus células", explicó "Para sobrevivir en tantos nichos,tienes que poder evolucionar y evolucionar rápidamente "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Ciencias de la Salud de Washington / Medicina de la Universidad de Washington . Original escrito por Michael McCarthy. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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