Utilizando una innovadora técnica de cristalización para estudiar estructuras tridimensionales de la maquinaria de transcripción génica, un equipo internacional de investigadores, dirigido por científicos de Penn State, ha revelado nuevas ideas sobre la acción largamente debatida del "punto mágico": una moléculaque controla la expresión génica en Eschericahia coli y muchas otras bacterias cuando la bacteria está estresada. El estudio contribuye a nuestra comprensión fundamental de cómo las bacterias se adaptan y sobreviven en condiciones adversas y proporciona pistas sobre procesos clave que podrían ser buscados en la búsqueda de nuevos antibióticos.Un artículo que describe la investigación aparece el 22 de febrero de 2018 en la revista célula molecular .
"Cuando las bacterias experimentan estrés, como la inanición, remodelan su expresión génica", dijo Katsuhiko Murakami, profesor de bioquímica y biología molecular en Penn State y autor del artículo. "En 1969, nuestro coautor, Michael Cashel, descubrióque apareció una nueva molécula E. coli cuando las bacterias carecían de nutrientes clave. Cashel llamó a esta molécula, que apareció como una nueva mancha en un cromatograma, la 'mancha mágica', debido a que aparentemente no aparecía en ninguna parte cuando las bacterias carecían de hambre ".
Posteriormente se demostró que la mancha mágica era el tetrafosfato de guanosina, o ppGpp, un análogo químicamente modificado del nucleótido G en el alfabeto ATCG del genoma. Su aparición después del hambre y otras tensiones se asocia con cambios en la expresión de más de 500 genes, los genes más prominentes para los ARN estructurales que son componentes del ribosoma, la enzima responsable de la síntesis de proteínas.
La molécula ppGpp interactúa con E. coliLa ARN polimerasa de la máquina celular que produce ARN a partir de ADN genómico pero sigue siendo un misterio cómo esta interacción controla la expresión génica. Sin embargo, las nuevas estructuras cristalinas de rayos X proporcionan pistas sobre este proceso al mostrarimágenes tridimensionales por primera vez de E. coli ARN polimerasa en complejo con ppGpp y otro factor importante que funciona con ppGpp, DksA.
La estructura tridimensional de la ARN polimerasa está bien establecida, pero ver la estructura de la ARN polimerasa mientras interactúa con otras moléculas ha resultado ser técnicamente difícil. Las moléculas que interactúan a menudo se disocian durante el proceso de cristalización necesario para ver su estructura.Los investigadores superaron esta dificultad al agregar moléculas de DksA y ppGpp a la ARN polimerasa que se había cristalizado de forma independiente.
"Primero creamos cristales de ARN polimerasa, luego empapamos en DksA y ppGpp", dijo Vadim Molodtsov, profesor asistente de investigación en bioquímica y biología molecular en Penn State y otro autor del artículo. "Cuando hicimos esto, vimos queppGpp se unió al complejo de ARN polimerasa y DksA de una manera que cambió la interacción entre ARN polimerasa y DksA. Creemos que este cambio podría ser clave para explicar cómo ppGpp altera la transcripción para que las bacterias puedan responder al estrés ".
la ARN polimerasa en las bacterias controla la expresión de todos los genes, pero en respuesta a la presencia de ppGpp, los niveles de expresión de algunos genes disminuyen, mientras que muchos no se ven afectados y algunos aumentan. Estos cambios en los niveles de expresión permiten que las bacteriaspara alterar su composición para sobrevivir mejor al estrés. Los investigadores especulan que las diferentes respuestas pueden deberse a diferencias individuales en los promotores secuencias de ADN cercanas al comienzo de los genes que inician la expresión de genes individuales.
"Estamos llenos de bacterias", dijo Sarah Ades, profesora asociada de bioquímica y biología molecular en Penn State y autora del artículo. "Afectan nuestro estado de ánimo, nuestro peso, nuestro sistema inmunológico. La ppGppEl sistema es importante en muchas de estas bacterias, ya que les permite sentir su entorno y adaptarse al estrés. Comprender cómo las funciones de ppGpp nos permitirán comprender mejor estas bacterias y cómo nos afectan. El sistema también es importante en los patógenos bacterianos que causan enfermedades infecciosasComprender cómo funciona ppGpp podría permitirnos encontrar formas de interrumpir sus funciones y desarrollar nuevos antibióticos ".
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Materiales proporcionado por Estado Penn . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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