Investigadores del MIT descubren que la alta concentración de purinas en ciertos genes bacterianos protege los ARN mensajeros de la proteína Rho, crucial para la ingeniería de expresiones genéticas en terapias.
Un reciente estudio sobre bacterias ha desafiado una creencia establecida en la biología molecular. Históricamente, se pensaba que dos máquinas moleculares, la RNA polimerasa, encargada de transcribir el ADN en ARN, y los ribosomas, responsables de traducir el ARN en proteínas, operaban de manera tan interconectada que parecían estar unidas. Esta estrecha relación entre transcripción y traducción se consideraba crucial para la expresión genética, ya que el ribosoma podía proteger los productos génicos recién formados de una proteína de control de calidad llamada Rho.
Sin embargo, investigaciones recientes revelan que en ciertas bacterias que experimentan lo que se conoce como transcripción descontrolada, como Bacillus subtilis, la RNA polimerasa avanza sin la protección del ribosoma. Curiosamente, en estas bacterias, Rho se dirige principalmente a productos de ARN no codificantes y sin utilidad.
La investigación realizada por el Departamento de Biología ha descubierto que la especificidad del control de calidad ejercido por Rho depende de la composición secuencial de las bases nucleotídicas presentes en las cadenas codificadoras del ADN. Según Julia Dierksheide, estudiante graduada y autora principal del estudio publicado en Nature Microbiology, fue sorprendente encontrar que esta secuencia era suficiente para proteger cualquier gen dentro del genoma de B. subtilis de Rho. Esto plantea preguntas sobre qué características secuenciales comparten todos los genes del genoma.
El papel crítico de Rho
Rho actúa como un factor terminador esencial, evitando que las bacterias inviertan recursos valiosos en la producción de transcripciones de ARN innecesarias. La información necesaria para el funcionamiento celular está codificada en el ADN, compuesto por dos hebras nucleotídicas que forman una doble hélice. Las bases purinas guanina y adenina se emparejan con las pirimidinas citosina y timina, respectivamente. Se ha observado que las cadenas de ADN codificadoras en ciertas bacterias tienen un contenido significativamente mayor de purinas comparado con el resto del genoma bacteriano.
Los investigadores encontraron que este sesgo hacia las purinas protege a los ARNs mensajeros productivos de la terminación mediada por Rho. Dierksheide expresó su entusiasmo por trabajar con conjuntos de datos complejos y extraer significados biológicos relevantes: “Parece que Rho ha moldeado ampliamente la evolución del genoma de B. subtilis para crear estos sesgos en la composición secuencial”. Además, las especies bacterianas que han perdido Rho a lo largo del tiempo ya no muestran este fuerte sesgo purínico.
Aunque aún no se comprende completamente el mecanismo detrás de la especificidad de Rho, estos hallazgos abren nuevas vías para descifrar el código subyacente en las composiciones genómicas bacterianas. Dierksheide planea realizar estudios similares para caracterizar la especificidad de Rho en Escherichia coli, una especie que diverge evolutivamente de B. subtilis. Esta comparación podría ofrecer información valiosa sobre cómo surgió esta rigurosidad específica.
Dichas investigaciones serán fundamentales para diseñar especies bacterianas diversas para aplicaciones prácticas, como la producción de agentes terapéuticos. Algunas especies bacterianas podrían ser modelos más adecuados debido a sus abundantes vías secretoras, facilitando así la producción e aislamiento eficiente de proteínas a gran escala. Gene-Wei Li, coautor del estudio y profesor asociado, enfatizó: “Nuestros hallazgos revelan un criterio importante para un diseño exitoso de secuencias a considerar en ingeniería genética”. La comprensión profunda sobre cómo funciona la expresión genética es esencial para avanzar en biotecnología y medicina.
Rho es una proteína de control de calidad que actúa como un factor de terminación en la transcripción de RNA, previniendo que las bacterias desperdicien recursos al producir transcritos de RNA que no tienen propósito. Su especificidad ayuda a proteger los transcritos de mRNA productivos de la terminación mediada por Rho.
Los genes bacterianos, como los de Bacillus subtilis, presentan una mayor concentración de purinas (guanina y adenina) en su composición. Esta sesgo en la secuencia protege a los transcritos de RNA productivos del ataque del factor Rho, lo que permite una expresión genética más eficiente.
Comprender cómo funciona la expresión génica y el papel del sesgo en las secuencias puede ser crucial para diseñar secuencias efectivas en ingeniería genética. Esto permitirá optimizar la producción y aislamiento de proteínas en grandes cantidades, facilitando el desarrollo de tratamientos terapéuticos.