Ir al contenido principal

Igual pero diferente

Nuestro código genético es degenerado —aunque yo prefiero decirle "redundante"—, es decir, un aminoácido puede estar codificado por más de un triplete. Una proteína promedio de unos 300 aminoácidos puede estar codificada de 10 a la 151 formas (¡un 1 y 151 ceros!). Esto obviamente no se da en las células, lo que pasa es que hay ciertos codones que son usados con una mayor frecuencia que otros. Por ejemplo: para la alanina, el codon GCC es usado cuatro veces más que el codón GCG.

Pero existe otra cosa curiosa, un par alanina-glutamina se esperaría que sea expresado de la forma GCCGAA o GCAGAG con la misma frecuencia, pero esto no se da. Es más, la forma GCCGAA, es expresada siete veces menos que la forma GCAGAG, a pesar que GCC es la forma más común de alanina. Pero ¿por qué determinados pares de tripletes son más frecuentes que otros?

Para llevar a cabo este estudio se usó el virus de la polio (PV: Poliovirus) que fue sintetizado de novo cargando la misma secuencia de aminoácidos que la especie silvestre pero usando codones diferentes. Los aminoácidos se tomaron en pares, y usando un algoritmo de computadora creado para este estudio, se determinó la frecuencia de expresión de cada par de tripletes que codificaban para un mismo par de aminoácidos. Se crearon dos PV, uno cargando los pares de codones que se expresaban con mayor frecuencia (PVmax) y otro que cargaba los pares de codones que se expresaban con menor frecuencia (PVmin). PVmax y PVmin codificaban la misma secuencia de aminóacidos que la especie silvestre de la región P1 del genoma del virus (formadora del precursor de la cápside del virus). Se usó células HeLa R19 que fueron infectadas con el virus para su producción.

Lo primero que se encontró fue que tanto PVwt como PVmax mostraban casi el mismo efecto citopático después de 24 horas, en cambio PVmin no mostraba efecto alguno después de 96 horas.

Para salvar este defecto, se crearon diferentes subgrupos de PVmin, con regiones de PVwt para disminuir la cantidad de codones expresados con baja frecuencia. Con esto se pudo determinar que cuanto más codones de baja expresión posee el PV, el nivel de atenuación es mayor, y su cinética de crecimiento disminuye, tanto en Unidades Formadoras de Placa (PFU) que es 1000 veces menor, como en cantidad de partículas (viriones) producidas siendo 10 veces menor.

Esto quiere decir que además las viriones producidos tienen una menor eficiencia produciendo un efecto citopático, osea son menos virulentas. La termoestabilidad de PVminXY y PVminZ fue similar al PVwt, comprobando que esta atenuación no se debe a un defecto en la formación de la cápside.
Solo faltaba una cosa más por determinar, el efecto de los pares de codones en la traducción. Para esto se usó un reportero dicistrónico, R-Luc y F-Luc. El reportero F-Luc fue fusionado a las proteínas codificadas por la región P1, de esta manera el reportero sera expresado proporcionalmente a las proteínas de la region P1. El reportero R-Luc esta ubicado en la región de reconocimiento del ribosoma, de esta manera la división entre la cantidad de luminiscencia emitida por F-Luc entre R-Luc nos dará la eficiencia de la traducción (translatability). PVminXY, PVminZ, PVmin producen menos F-Luc por unidad de R-Luc expresada. A diferencia de PVmax que expresa más F-Luc por unidad de R-Luc por lo tanto la traducción ha sido potenciada.

Finalmente se determinó si estos virus sintéticos eran atenuados en animales, para esto se les inyecto a ratas de laboratorio al virus directamente al sistema nervioso central. PVminXY y PVminZ fueron atenuados tal como en las células HeLa R19, la virulencia de PVmax fue identica que la de PVwt. Como PVminXY y PVminZ codifican exactamente para la misma proteína que PVwt provocan una respuesta inmune protectora, por esta razón este mecanismo esta siendo estudiado a fondo para la producción de nuevas vacunas usando virus viables pero con modificaciones en su secuencia de codones para atenuar su efecto infeccioso. 

Referencia:

Virus Attenuation by Genome-Scale Changes in Codon Pair Bias J. Robert Coleman, Dimitris Papamichail, Steven Skiena, Bruce Futcher, Eckard Wimmer, Steffen Mueller Science 27 June 2008:Vol. 320. no. 5884, pp. 1784 - 1787 DOI: 10.1126/science.1155761

Comentarios

Entradas más populares de este blog

Fusión y fisión de mitocondrias

Se cree que los procariotas aparecieron en el planeta hace unos 3,500 millones de años, mientras que los eucariotas lo hicieron hace unos 2,000 millones de años. Pero, si los procariotas llevan una ventaja de 1,500 millones de años a los eucariotas, ¿por qué ellos no son los organismos más complejos? La respuesta son las mitocondrias [Les recomiendo leer este artículo publicado en el blog]. Todos conocemos a las mitocondrias, si no las recuerdan, aquí se las presento. Tal vez la imagen que tenemos de ellas es que se encuentran diseminadas por toda la célula, aisladas unas de otras o, a lo mucho, reuniéndose en pequeños grupos. Sin embargo, esto no es así. En realidad, las mitocondrias son unos organelos muy dinámicos, que se encuentran fusionándose y dividiéndose constantemente, pero hasta ahora no se sabe a ciencia cierta que rol cumple este proceso. Axel Kowald de la Universidad Humboldt de Berlín y Tom B. L. Kirkwood de la Universidad de Newcastle han desarrollado una teoría

El mapa de las rutas metabólicas… Animado!

¿Qué es una ruta o vía metabólica? De manera sencilla, es el flujo de reacciones que sigue un determinado compuesto al ingresar a la célula, de esta manera, se transforma en una molécula más compleja (biosíntesis o anabolismo) o en una más sencilla (degradación o catabolismo). Por ejemplo: el pan tiene una gran variedad de compuestos químicos, pero el más abundante es el almidón —presente en la harina con el que es elaborado. El almidón es degradado por una serie de reacciones químicas gracias a unas enzimas llamadas amilasas, convirtiéndose en pequeñas unidades de glucosa. La glucosa ingresa a la célula y pasa por una serie de reacciones para llegar a formar dos moléculas de piruvato. Gráficamente lo podemos ver de la siguiente manera: Esta forma de graficarla se ve muy fría y poco llamativa, es más, parece ser muy difícil de aprenderla y no nos dice nada de como es el flujo de las otras moléculas que participan en la reacción, por ejemplo: el ADP y el NADH. Además, ésta sol

¿Por qué tanto miedo al bromuro de etidio?

El bromuro de etidio (BrEt) es un agente químico muy usado en técnicas de biología molecular para teñir nuestros geles de agarosa y poder apreciar nuestras bandas de ADN; ya sean de los productos de extracción o de PCR. Existen dos formas de teñir los geles: i) remojando el gel de agarosa por 15 minutos en una bandeja con BrEt (0,5 mg/L) después de haber hecho la electroforesis o ii) añadiendo el BrEt directamente al gel al momento de prepararlo. Con la primera evitamos contaminar nuestra cámara de electroforesis con BrEt y con la segunda evitamos exponernos a salpicaduras y otros accidentes que pueden ocurrir al hacer la tinción en bandeja. Se han dado cuenta que desde que entramos a un laboratorio de biología molecular nos tienen traumados con el BrEt: "¡Cuidado que te salpique!", "¡no lo huelas!", "¡usa tres guantes!", "¡no es por ese lado!", "¡si te cae en la piel te va a dar cáncer y te puedes morir!", entre otras cosas más.