Si alguna vez ha intentado desenredar un par de auriculares, comprenderá cómo se pueden torcer los bucles y los cables. El ADN puede enredarse de la misma manera y, en algunos casos, debe cortarse y reconectarse para resolverlolos nudos. Ahora un equipo de matemáticos, biólogos e informáticos ha desentrañado cómo E. coli las bacterias pueden desvincular el ADN enredado mediante un proceso de reconexión local. La matemática detrás de la investigación, publicada recientemente en Informes científicos , podría tener implicaciones mucho más allá de la biología.
la bacteria E. coli puede causar enfermedad intestinal, pero también son caballos de batalla de laboratorio. E. coli el genoma es un círculo simple de ADN bicatenario. Antes de un E. coli la celda se divide, ese círculo se copia. Al abrir la doble hélice para copiarlo, se arrojan cepas retorcidas en otra parte de la molécula, así como desenrollar un cable en un lugar hará que se enrolle demasiado en otro lugar. El proceso da como resultado dos retorcidosbucles de ADN que se cruzan como un truco de "anillos mágicos".
para separar los anillos E. coli utiliza una enzima llamada topoisomerasa IV, que corta con precisión un segmento de ADN, permite que los bucles pasen a través de la ruptura y luego sella la ruptura. Debido a que la topoisomerasa IV es tan importante para las bacterias, es un objetivo tentador para los antibióticos como la ciprofloxacina. Perocuando la topoisomerasa IV está ausente, otro complejo enzimático puede intervenir para llevar a cabo esta desvinculación, aunque de manera menos eficiente. Este complejo introduce dos rupturas y desvinculaciones al reconectar los cuatro extremos sueltos.
"Hay otras formas de desvincular los anillos, pero ¿cómo lo hacen?", Dijo Mariel Vázquez, profesora de matemáticas y microbiología y genética molecular en la Universidad de California, Davis.
Una vía, dijo Vázquez, es que las enzimas de reconexión eliminan un enlace a la vez hasta llegar a cero. Esa solución fue favorecida por los biólogos.
Pero los matemáticos ven el problema de manera ligeramente diferente. Entienden el ADN como una curva flexible en un espacio tridimensional. Ciertos puntos de la curva pueden romperse y reconectarse. Para un matemático, existen muchas rutas potenciales para que funcionen los procesos de reconexión.- Incluyendo algunos donde el número de enlaces realmente aumenta antes de volver a bajar.
"Todo esto es lo mismo para un matemático, pero no para un biólogo", dijo Vázquez. Para determinar la ruta más probable y resolver el problema, recurrieron al modelado computacional.
Vázquez y sus colegas desarrollaron software de computadora con ADN representado como cadenas flexibles para modelar las posibles ubicaciones donde las enzimas de reconexión podrían cortar y reconectar las cadenas. En general, modelaron millones de configuraciones que representan 881 topologías diferentes, o formas matemáticas, e identificaron cientos de mínimosvías para conectar dos círculos de ADN en hasta nueve lugares hasta dos círculos separados.
El modelo de computadora confirmó el presentimiento de los biólogos: deshacer un enlace a la vez es la ruta preferida para separar los círculos de ADN.
Los resultados podrían tener implicaciones mucho más allá de la biología del ADN, dijo Vázquez. Hay otros ejemplos en la naturaleza de los objetos que colisionan, se rompen y se reconectan, como la dinámica de los vórtices de fluidos vinculados o los patrones formados por los anillos de humo, por ejemplo.Cuando las llamaradas solares son expulsadas del sol, se cruzan y reconectan potentes líneas de campo magnético.
"Las matemáticas no son específicas del ADN, y el cálculo se puede adaptar", dijo Vázquez.
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Materiales proporcionado por Universidad de California - Davis . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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