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El código genético reescrito permite a las bacterias defenderse de los ataques virales

Llámalo cortafuegos genético. Al reescribir parcialmente el código genético de las bacterias, dos grupos de investigadores han descubierto que pueden frustrar los virus invasores, que deben secuestrar la maquinaria genética de los microbios para replicarse. La estrategia, descrita hoy en Ciencias y en una preimpresión publicada en julio, podría proteger a las bacterias productoras de fármacos de los ataques virales y evitar que los genes potencialmente peligrosos se escapen de los organismos genéticamente modificados.

“Estos son pasos importantes hacia adelante”, dice el biólogo sintético Ned Budisa de la Universidad de Manitoba, que no participó en la investigación. “Ambas obras tienen una gran promesa tecnológica”.

Casi todos los seres vivos se basan en el mismo código genético. Varias secuencias de tres nucleótidos de ADN, llamadas codones, le dicen a una célula qué aminoácido instalar en qué lugar de una proteína. Los llamados ARN de transferencia, o ARNt, leen los codones y actúan según sus instrucciones. Cada tipo de ARNt lleva un aminoácido específico que se agrega a una hebra de proteína en crecimiento solo cuando reconoce el codón correcto. Las células también llevan tres tipos de codones de parada que les indican cuándo dejar de producir una proteína.

Debido a que los organismos comparten este lenguaje de programación genética, pueden obtener nuevas habilidades adquiriendo genes de otros organismos. El lenguaje común también permite a los investigadores insertar genes humanos en bacterias, incitando a las células a fabricar medicamentos como la insulina. Pero un código genético universal deja a las células vulnerables a intrusos como virus y plásmidos, fragmentos de ADN que se reproducen dentro de las bacterias y pueden transportar genes entre ellas.

Durante años, los investigadores han tratado de bloquear este tráfico. En 2013, el biólogo sintético George Church de la Escuela de Medicina de Harvard y sus colegas modificaron genéticamente la bacteria. Escherichia coli, reemplazando uno de sus codones de terminación con otra versión. El equipo modificó los ARNt de la bacteria para que cuando lea el codón de parada original, digamos, en el genoma de un virus invasor, instale un aminoácido inapropiado que deteriore la proteína viral. El microbio modificado podía sintetizar con seguridad sus propias proteínas, pero era resistente a varios tipos de virus y plásmidos.

El año pasado, el biólogo sintético Jason Chin de la Universidad de Cambridge y su equipo fueron un paso más allá. Intercambiaron el mismo codón de parada en E. coli, pero agregaron otra capa de protección. Reemplazaron dos de los codones del aminoácido serina en el genoma del microbio con dos codones de serina diferentes. Luego eliminaron los ARNt que reconocerían los codones de serina originales. Esta cepa bacteriana modificada, denominada Syn61Δ3, no pudo leer dos codones de serina que se encuentran en los invasores, lo que ayudó a rechazar los virus que infectan bacterias.

Aún así, Syn61Δ3 no es invencible. Un equipo dirigido por Church y su postdoctorado Akos Nyerges demostró que era susceptible a 12 tipos de virus aislados de diversas fuentes, incluido el estiércol de cerdo y un gallinero. Entonces, Chin y sus colegas agregaron nuevas protecciones. Idearon ARNt que arruinan activamente las proteínas virales al administrar los aminoácidos incorrectos, incluidos la prolina y la alanina, en respuesta a los codones de serina de los extraños.

El grupo probó su Syn61Δ3 mejorado exponiéndolo a un par de virus extraídos del río Cam en Cambridge. Ambos acabaron con el Syn61Δ3 original pero no con las versiones mejoradas, informan los científicos esta semana en Ciencias. También demostraron que aunque las células Syn61Δ3 mejoradas podían intercambiar un plásmido diseñado para usar su código genético modificado, no podían compartir el plásmido con otras bacterias. “Hemos creado una forma de vida que no lee el código genético canónico y que escribe su información genética en una forma que no puede ser leída” por otros organismos, dice Chin.

El equipo de Church y Nyerges siguió una estrategia similar. Los investigadores dotaron a Syn61Δ3 con ARNt modificados que leyeron mal dos de los codones de serina transportados por virus invasores, insertando leucina en lugar de serina. En comparación con el Syn61Δ3 original, los microbios alterados se volvieron más resistentes a los 12 virus que los científicos habían extraído de muestras ambientales, reveló el equipo en julio. El documento «muestra una manera de hacer que cualquier organismo sea resistente a todos los virus, y con un solo paso», dice Church. (El equipo también se aseguró de que los microbios requieran un aminoácido que no se encuentra en la naturaleza, lo que garantiza que no puedan sobrevivir si escapan).

Tal recodificación podría ayudar a prevenir brotes virales en fábricas que usan bacterias para producir medicamentos u otros productos. Y al recodificar organismos modificados genéticamente, los investigadores podrían evitar que otros organismos adquieran su ADN. La bacteria también podría ayudar a los biólogos a estudiar la evolución del propio código genético, dice el biólogo sintético Chang Liu de la Universidad de California, Irvine. Ahora, los investigadores pueden “preguntar por qué el código genético es como es”.

Church dice que es poco probable que los virus desarrollen estrategias para eludir esta defensa porque implica más de 200.000 cambios en el genoma de los microbios. Y el biólogo sintético Drew Endy de la Universidad de Stanford dice que los investigadores merecen crédito por el rigor con el que probaron la resistencia viral de la bacteria. “Una de las cosas más hermosas que han hecho aquí es salir a la naturaleza” para encontrar virus, dice.

Aún así, él y otros no están tan seguros de que los insectos estén genéticamente aislados de otros seres vivos. “Todavía tenemos que tener mucho cuidado”, dice Budisa. “No puedo poner mi mano en el fuego y decir: ‘Este es un cortafuegos perfecto’”. Endy está de acuerdo. «Es una carrera armamentista entre el ingenio humano y la biodiversidad natural», dice, «y no sabemos cuánto tiempo falta para la carrera».

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