La prestigiosa revista Science (http://science.sciencemag.org/content/351/6280/aad6253) recientemente ha publicado un artículo con el impactante título: Design and synthesis of a minimal bacterial genome; aparece firmado, entre otros por Creig Venter. Hace referencia a que el equipo de Venter (celebre pues consiguió sintetizar el genoma humano) ha creado un organismo vivo, una bacteria (que no existía) con el genoma más pequeño con sólo 473 genes, que sería la unidad mas pequeña capaz de existir y reproducirse. En las síntesis de esta bacteria se ha hecho uso los llamados transposones (o genes saltarines) cuyo significado veremos a lo largo de la entrevista. Para trater estos temas hemos entrevistado en EUREKA ( que puedes escuchar AQUÍ ) a Mª Ángeles Santos García profesora de Genética en el Departamento de Microbiología y Genética de nuestra Universidad.
A continuación adjuntamos algunas de las preguntas planteadas y la respuestas que amablemente nuestra entrevistada nos ha enviado.
Hace no muchos años parecía clara la definición de gen, era algo así como: Un segmento de DNA capaz de sintetizar una proteína. ¿Cómo podemos definir ahora un GEN?
Un gen es la unidad básica de herencia de los seres vivos. Desde el punto de vista molecular, un gen es una secuencia lineal de nucleótidos en la molécula de ADN (o ARN en el caso de algunos virus), que contiene la información necesaria para la síntesis de una macromolécula con función celular específica, Proteínas, ARNm, ARN ribosómico, ARN de transferencia y ARN pequeños. Los genes se disponen a lo largo de los cromosomas.
El conjunto de cromosomas de una especie se denomina genoma. En los organismos más sencillos con vida propia, LOS PROCARIOTAS, al que pertenecen las bacterias, el genoma está formado por un único cromosoma, generalmente circular. Mientras que en los organismos más complejos, LOS EUCARIOTAS, el genoma está distribuido en varios cromosomas lineales, cuyo número varía con las especies. En el caso de los humanos, nuestro genoma está distribuido en 24 cromosomas, 22 autosomas y dos cromosomas sexuales el X y el Y.
Entre los 3200 millones de bases de DNA que configuran el GENOMA ¿todas forman parte de uno de los alrededor 20500 genes que forman el genoma humano?
No, en el caso de los humanos sólo 1/3 de nuestro genoma son genes. Los otros 2/3, es decir, un 67 % del genoma está formado por lo que a principio de la década de los 80 se denominó ADN basura…
Cómo se sabe en qué lugar de la cadena de DNA finaliza o empieza un gen? (incluso creo que un mismo gen no tiene por qué distribuirse de forma continua, si no que puede estar repartido ¿es así?)
El comienzo y final de los genes se identifican por motivos específicos, secuencias determinadas que han sido descubiertas después de aislar y estudiar los diferentes tipos de genes por separado.
En los eucariotas superiores la información de los genes de proteínas está fragmentada, hay regiones codificantes, es decir con información, denominadas exones, interrumpidas por regiones no codificantes, sin información, denominadas intrones. Cuando estos genes se expresan se genera un transcrito primario, una molécula de ARN, en el cual se eliminan las regiones sin información mediante la actuación de un complejo de proteína-ARN que va cortando los intrones de forma secuencial comenzando por el más cercano del extremo 5’ terminal.
La prestigiosa revista Science (http://science.sciencemag.org/content/351/6280/aad6253) ha publicado un artículo con el impactante título: Design and synthesis of a minimal bacterial genome; aparece firmado, entre otros por Creig Venter. Hace referencia que el equipo de Venter ha creado un organismo vivo, una bacteria (que no existía) con el genoma más pequeño con sólo 473 genes, que sería la unidad mas pequeña capaz de existir y reproducirse. Me llama mucho la atención que se diga que entre estos genes, 149 no tengan ninguna función conocida. Me parece un avance extraordinario ¿No lo quieres comentar?
Para este trabajo Venter y su equipo -entre los que están el Premio Nobel Hamilton Smith y el pionero de la biología sintética Clyde Hutchison, partieron de la bacteria que crearon en el año 2010, la bacteria JCVI-Syn1. Esta bacteria la obtuvieron a partir de una copia sintética del genoma de la bacteria Mycoplasma mycoides con uno de los genomas más pequeños que se han descrito. 1.078, 809 Kb El genoma sintetizado lo introdujeron en la célula de otra bacteria afín Mycoplasma capricolum, a la que antes le habían quitado su propio genoma. El genoma sintético fue capaz de expresarse permitiendo que la nueva célula se dividiese dando más células. El tiempo que tardó en dividirse, es decir, generar dos células fue de 60 minutos, fue similar al tiempo que emplean las células de Mycoplasma mycoides. Así crearon JCVI-Syn1. Ahora han ido más allá. En este último trabajo, primero determinaron experimentalmente de cuántos genes podría prescindir la bacteria, es decir, qué genes son esenciales y cuáles no. Una vez hecho esto diseñaron con los genes esenciales el hipotético genoma mínimo (HGM). En total sintetizaron 8 HGM. Uno de ellos se expresó correctamente en el citoplasma de Mycoplasma mycoides. Así obtuvieron JCV. Syn2. Después en JCV. Syn2. determinaron que todavía podían quitar más genes obteniendo así JCV.Syn3 con 473 genes de los cuales 149 no tengan ninguna función conocida PERO REALMENTE SOLO 65 SON DE FUNCIÓN DESCONOCIDA aunque comparten dominios con genes de otros organismos cuyas funciones aún se desconocen. Se cree que tienen funciones esenciales en alguno de los cuatro procesos celulares fundamentales: síntesis de ARN y proteínas; preservación de la información genética (replicación y reparación del genoma); mantenimiento de la estructura y funciones de la membrana; o en el metabolismos citosólico.
Continuando con el articulo aparece que la técnica empreplada hace uso de los transposones ¿Qué son los elementos genéticos móviles o elementos transponibles (a veces llamados genes saltarines)?
Creig y su grupo determinan que genes son esenciales inactivando los genes por inserción del transposón Tn5. Si el transposón se insertaba en un gen y la bacteria vivía el gen no era esencial.Los elementos de transposición (TES), son secuencias de ADN que se mueven en el genoma de un lugar a otro. De ahí que también se les conozca como “genes saltarines”. Se identificados por primera a principios de los años 50 por la genetista Barbara McClintock, del Laboratorio Cold Spring Harbor, en Nueva York.Los elementos transponibles representan aproximadamente el 50% del genoma humano y hasta el 90% del genoma del maíz y pertenecen a l denominado ADN basura. Muchos de estos elementos han perdido la capacidad de movilizares.
¿Cómo se movilizan?
Un grupo, el grupo de la clase II se movilizan por un mecanismo de corte y empalme, la transposasa una enzima codificada por gen propio del transposón libera al elemento de la posición en la que está mediante cortes en los extremos a la vez que otra molécula de transposasa corta en la secuencia diana, lugar al que se moviliza el elemento liberado mediante la unión los extremos del elemento a cada uno de los extremos del corte hecho en la secuencia diana. El hueco que queda después de la salida del elemento se repara por la maquinaria de reparación del ADN. El otro grupo, el de la clase I o retrotransposones se moviliza a través de una molécula de ARN. Primero se produce la transcripción del elemento y a partir de la molécula de ARN que se sintetiza una copia de ADN que es la que se integra en otra posición del genoma.
En base al sistema de movilización se diferencian dos grupos. Estos dos grupos ¿están presentes en el mismo genoma?
En algunos organismos sí y en otros no. En nuestro genoma tenemos los dos tipos de elementos, pero sólo el 8% de los elementos transponibles que hay en nuestro genoma son de la clase II mientras que el resto el 92% son retrotransposones. En ratón y Entamoeba histolytica, un protozoo que parasita células humanas sucede algo similar. Mientras que en el genoma de la levadura S. cerevisiae o de la levadura de fisión Schizoccharomyces pombe sólo encontramos retrotransposones o elementos de la clase I.
¿Qué factores determina la movilización de los elementos?
Algunos TEs están silenciados son inactivos debido a que tienen mutaciones que afectan a su capacidad de moverse de un lugar a otro cromosómica; otros están intacto y son capaces de moverse, pero se mantienen inactivos por los mecanismos epigenéticos como la metilación del ADN, remodelación de la cromatina, y miRNAs. De hecho, se sabe que siRNAs que derivan de la región 5 ‘no traducida del elemento LINE 1 de humanos está implicado en la inhibición de la movilización de este elemento, uno de los pocos elementos activos en humanos. La movilización parece que sólo se produce en condiciones de máximo estrés. En el caso de las células procariotas se induce por exposición a luz UV.
¿Qué función o funciones tienen los elementos transponibles en los genomas?
Aunque su movilización genera mutaciones, como sucede en el caso de la movilización de elementos SINE O LINE (Nuerofibromatosis; Cáncer de mama; Hemofilia B; Distrofía muscular de Duchenne o cáncer de colon), sin lugar a dudas son una fuente de variabilidad genética. Hoy se sabe que son uno de los motores de la evolución, pues facilitan la translocación de secuencias genómicas, el barajado de exones, y la reparación de roturas de la doble hebra, procesos que contribuyen a variar la expresión génica, modificar secuencias génicas y generar nueva información genética.
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