Archivo de la categoría: ARN

El mapa de la actividad del genoma | Biociencia | elmundo.es

  • Un equipo internacional secuencia el ARN de 462 individuos
  • El hallazgo abre la puerta a monitorizar diagnósticos y tratamientos

En muchos sentidos, el organismo humano se parece a un ordenador. Toda la información básica para su desarrollo y su funcionamiento se almacena en un disco duro muy especial, el ADN, que para convertir en útiles todos los datos que contiene, necesita la ayuda de un sistema que los traduzca, transfiera y ejecute: el ARN.

Hace años, el papel del ARN fue eclipsado por las esperanzas puestas en el ADN, considerado el auténtico ‘mapa de la vida’. Sin embargo, cada día está más claro que comprender su labor es fundamental si se quieren desenmarañar todos los misterios que esconde el genoma.

Por ejemplo, el ARN es clave para comprender por qué nuestros genes se ‘apagan’ o ‘encienden’ a lo largo de la vida y, en última instancia, para saber por qué nuestro genoma nos hace más o menos susceptibles de sufrir una enfermedad.

Aunque es mucho todavía lo que se desconoce sobre este ácido ribonucleico, un equipo internacional con participación española ha ayudado a sacarlo un poco más a la luz. Según publican las revistas ‘Nature’ y ‘Nature Biotechnology’, estos científicos de nueve centros europeos han descrito el repertorio más completo hasta la fecha de los perfiles de expresión génica; es decir, han podido enlazar la información del ADN con la actividad funcional de estos genes, creando el primer mapa que señala las causas de las diferencias entre la actividad de los genes entre individuos.

“Esto nos permite comenzar a entender realmente este campo de la biología”, explica a ELMUNDO.es Xavier Estivill, jefe de grupo del Centro de Regulación Genómica (CRG) de Barcelona y uno de los firmantes españoles del trabajo.

El trabajo, continúa, “ha demostrado la gran variación genética que influye en la regulación de nuestros genes“, aunque permitirá construir unas ‘leyes generales’ sobre el funcionamiento del genoma humano.

Conocer este amplísimo catálogo puede ser muy importante para comprender los mecanismos que causan las enfermedades o para desarrollar tratamientos en el futuro, señala Estivill, quien reconoce que “se trata de una tarea muy compleja que exige un gran esfuerzo colectivo”.

Para llegar a las conclusiones que publica esta semana ‘Nature’, el consorcio internacional con el que también han colaborado el Centro Nacional de Análisis Genómico de Barcelona y la Universidad de Santiago de Compostela, secuenció el ARN de células de 462 individuos que habían participado en el marco del proyecto ‘1.000 genomas’. Esto ha permitido añadir al mayor catálogo de genomas humanos con el que cuenta la ciencia una interpretación funcional de sus datos.

“Hasta ahora no había podido hacerse algo de estas dimensiones porque, mientras que el ADN es más estable, el ARN varía muchísimo entre células”, explica Estivill, cuyo equipo ha utilizado técnicas de secuenciación de última generación.

El siguiente paso en la investigación, comenta el especialista del CRG, es realizar una disección completa de todos los tipos celulares y en distintas condiciones fisiológicas y patológicas para afrontar “el desafío de ligar esa información con perfiles metabólicos o proteicos”.

“Por ejemplo, en una enfermedad que tiene un curso clínico que puede ser variable, como pueden ser los trastornos psiquiátricos, saber cómo son los perfiles de expresión y ver cómo cambian a lo largo del curso de la enfermedad puede ser muy importante para indicar o no un determinado tratamiento farmacológico”, señala Estivill.

“Hasta ahora, sólo podíamos obtener una radiografía de la vida molecular de los individuos. Pero, ahora, se abre la puerta a que podamos empezar a verla como una película”, ejemplifica.

Aunque no habla de plazos, para el especialista catalán este hallazgo puede suponer “un cambio sustancial” en el abordaje de la Medicina. “Hemos de ser capaces de tener respuestas para los cambios funcionales que suceden en nuestro organismo”.

Y, aunque el camino es largo, el avance científico ya “nos aporta las técnicas que nos permiten ver esos perfiles y, a partir de ahí, tomar decisiones terapéuticas”, concluye.

Todos los datos obtenidos en este proyecto, denominado GEUVADIS, están disponibles de forma gratuita para toda la comunidad científica. El acceso abierto a los datos pretende que otros investigadores vuelvan a explorar y analizar los datos desde distintas perspectivas.

El mapa de la actividad del genoma | Biociencia | elmundo.es.

Comentarios desactivados

Archivado bajo ARN, Genética, Genoma, Nature revista

RNAi Treatment Steps Up | Science

Laguna Design/Science Source. Quieting disease. siRNA molecules like the one shown here (purple and green coils) may treat an inherited liver illness, a new study reports.

RNA interference (RNAi), a technique for silencing genes that shows potential for treating diseases, has been like a hot baseball prospect who hasn’t proven he can play in the big leagues. But now RNAi has turned in a performance that is winning researchers’ praise. A new study shows that the approach can dramatically and safely cut levels of a protein that causes a rare liver disease.

Our cells rely on RNAi—deploying diminutive RNA molecules such as microRNAs and small interfering RNAs (siRNAs)—to turn down activity of specific genes. Researchers only discovered this process in the late 1990s, but they’ve already begun dozens of clinical trials to gauge whether infusing patients with these small RNAs works against a range of diseases, from lung infections to liver cancer to age-related macular degeneration, a sight-stealing condition that mainly affects people over the age of 50. Although some results are promising, what remains unclear is whether an effective dose of RNAi will also be safe, says nucleic acid biologist Mark Kay of Stanford University in Palo Alto, California.

In the new work, neurologist Teresa Coelho of the Hospital de Santo Antonio in Portugal and colleagues tested RNAi in patients who had transthyretin amyloidosis, a fatal genetic disease in which liver cells pump out excess amounts of a protein called transthyretin. Normally, transthyretin ferries hormones through the blood, but the extra protein builds up in the nerves, the heart, and elsewhere in the body. Although liver transplants can lengthen the lives of some patients, the disease remains incurable.

The team infused 24 transthyretin amyloidosis patients with an siRNA that curbs cells’ production of the protein. Because RNA-destroying enzymes prowl the spaces between our cells, the siRNAs were tucked inside tiny lipid droplets, known as lipid nanoparticles. Control patients received an infusion of saline. Using a group of healthy subjects, the researchers also tested a slightly different lipid nanoparticle that carried the same siRNA.

In the transthyretin amyloidosis patients, siRNA treatment cut transthyretin levels by 38% after 7 days, the researchers report online today in The New England Journal of Medicine. The healthy patients who received the alternative lipid nanoparticles showed an even bigger decrease, averaging as much as 87%. Those results reveal that liver cells absorbed the lipid nanoparticles and the siRNAs inside turned down transthyretin output. Coelho calls this an “important reduction” in the protein, though the researchers didn’t determine whether siRNA slowed the progress of the disease. They will be measuring that in a 15-month follow-up study that will take place in the United States, Europe, and South America.

Some patients developed allergylike reactions, with symptoms such as flushing and chest tightness. But these problems usually went away if the delivery of the nanoparticles was stopped and then resumed at a slower pace, Coelho says.

The study “unambiguously shows that you can achieve a robust [protein decrease] in humans using RNAi therapeutics,” Kay sats. “This opens the door to medicinal RNAi,” adds molecular biologist David Corey of the University of Texas Southwestern Medical Center in Dallas.

siRNAi therapy could also work against other liver diseases, says molecular geneticist John Rossi of City of Hope in Duarte, California. But he cautions that “since the lipid carriers primarily target the liver, it is not apparent to me if nonliver based diseases can be treated in a similar fashion.”

Controlling diseases such as transthyretin amyloidosis would presumably require multiple treatments over several years, so researchers also need to find out if the siRNA and lipid nanoparticle combination is safe over the long term, Kay says.

RNAi Treatment Steps Up | Science/AAAS | News.

1 comentario

Archivado bajo ARN, Biología Celular, Bioquímica

Identifican dónde nacen las nuevas células cardiacas – Salud | abc.es

 

Corazones neonatales de ratas tratadas con un microARN control (izda) o con dos en los que se ve la proliferación de los cardiomiocitos.Nature

¿Cómo y dónde se regeneran las células cardiacas? Desde hace tiempo los investigadores han tratado de identificar la fuente de las nuevas células cardíacas adultas y determinar la capacidad del corazón de los mamíferos para autoregenerarse. Ahora, gracias a un estudio que se publica en Nature ya se puede localizar la fuente de las células cardíacas: según el trabajo, son las propias células del músculo cardíaco preexistentes las que se dividen lentamente para generar más células musculares en el corazón. El trabajo resuelve así uno de los debates más relevantes relacionados con la localización de la fuente de las nuevas células adultas del corazón.

Hasta ahora se sabía que en el corazón se generan nuevas células, pero se desconocía como nacían y con qué frecuencia. En la nueva investigación, realizada en el Hospital de Mujeres Brigham (EE.UU.), gracias a un sofisticado sistema de imagen (espectrometría de masas de isótopos de múltiples imágenes), se han localizado dichas células cardiacas y se ha logrado describir sus orígenes.

Con el uso de esta técnica, el equipo de Richard Lee, ha demostrado que el proceso de regeneración se reduce con la edad, pero aumenta después de un ataque cardíaco en la zonas próximas a la lesión. El estudio muestra además que las células progenitoras cardíacas, una fuente discutida de nuevas células, no parecen tener un papel importante en el mantenimiento del corazón, y que probablemente su función después de una lesión sea limitada. En su lugar, subraya Lee, las células musculares del corazón o cardiomicocitos preexistentes son la fuente dominante.

Datos sorprendentes

Los datos resultan llamativos porque se pensaba que las células progenitoras cardíacas tenían un papel más que relevante en este proceso. Los investigadores se sorprendieron al encontrar que las nuevas células del músculo cardíaco surgían, principalmente, de las actuales células del músculo del corazón, en vez de las células madre. E incluso, tras un ataque al corazón, la mayoría de las nuevas células del corazón nacieron a partir de células cardíacas preexistentes, y no de las células madres, como siempre se había creído.

«Nuestros datos muestran que los cardiomiocitos adultos son los principales responsables de la generación de nuevos cardiomiocitos y que, a medida que envejecemos, perdemos parte de esta capacidad para formar nuevas células cardíacas -explica Lee-. Esto significa que estamos perdiendo nuestro potencial para reconstruir el corazón en la segunda mitad de la vida, justo cuando más nos atacan las enfermedades del corazón. Si somos capaces de desentrañar por qué ocurre esto, es posible que podamos avanzar en la regeneración cardiaca».


ARN regenerativo

En otro trabajo que también se publica en Nature, el equipo de Mauro Giacca, del Instituto Internacional de Ingeniería Genética y Biotecnología de Trieste (Italia), ha identificado una serie de fragmentos cortos de ARN (40 microARN) que pueden estimular la regeneración cardiaca después de un ataque al corazón.

Giacca explica que estos diferentes 40 microARN estimulan la proliferación de células del músculo cardiaco de los ratones. Y, cuando se inyectaron los dos microRNAs más potentes en el corazón de los ratones que habían sufrido un infarto, observaron una reducción del tamaño de la lesión infartado y una recuperación funcional casi total del corazónLos investigadores señalan que estos microRNAs parecen funcionar al influir sobre más de 40 genes celulares diferentes y esperan que su hallazgo ayude al desarrollo de terapias regenerativas para los humanos.

Identifican dónde nacen las nuevas células cardiacas – Noticias de Salud | abc.es.

Comentarios desactivados

Archivado bajo ARN, Biología Celular, Células madre, Medicina

Realización de una vacuna contra la gripe sin el virus – Science

Nuevo Enfoque. La nueva vacuna no utiliza las dos Proteínas En La Superficie Del virus de la gripe, De La Que Se Muestra Aqui Como. Puntos azules y rojos, Pero que codifican ARNm UNO de ELLOS. crédito

Una nueva estrategia podría hacer vacunas contra la gripe de forma más barata, más segura y más fácil de producir. Usando ARN mensajero (ARNm) sintético en lugar de proteínas purificadas de virus, científicos alemanes han demostrado que pueden proteger a los ratones, hurones y los cerdos contra la gripe. “Este es un enfoque nuevo muy interesante”, dice Hans-Dieter Klenk, virólogo de la Universidad de Marburg en Alemania, que no participó en el trabajo.

Ahora, la mayor parte de las vacunas contra la gripe constan de la hemaglutinina y la neuraminidasa, las dos proteínas que cubren la superficie del virus. Para producir estas moléculas, las tres cepas predominantes de la influenza son cultivadas en huevos de gallina fertilizados o, cada vez más, en cultivo celular. A continuacion se recolecta el virus y se rompe de modo que las dos proteínas se puedan purificar.

La recuperación idónea de una determinada cepa tanto si crece en huevos como en células es difícil de predecir, sin embargo, y producir la suficiente cantidad de virus para millones de dosis de vacuna lleva muchos meses al año. Este es un problema especialmente difícil cuando una cepa nueva de gripe pandémica emerge, como ocurrió en 2009 con la gripe porcina. La mayor parte de la vacuna contra ese virus llegó a estar disponible mucho después de que la pandemia ya había pasado su apogeo.

Ahora, científicos de la Friedrich-Loeffler-Institute (Instituto Federal Alemán de Investigación para la Salud Animal), y CureVac empresa de biotecnología en Tubinga han desarrollado un nuevo enfoque. Ellos diseñaron un pedazo de ARNm que codifica la hemaglutinina de la cepa H1N1 del influenza. Las células utilizan el mARN para transporte la información contenida en el genoma del núcleo en la periferia de la célula, donde se traduce en una proteína. Mediante la inyección de ARNm sintético en la piel de ratones, los investigadores engatusaron las células de los animales para la producción de la proteína del virus por sí mismos. Esto provocó una respuesta inmune que luego protegió a los animales de la infección con dosis letales de virus de la gripe , informaron los investigadores en línea el 25 de noviembre en la revista Nature Biotechnology .

Una vacuna contra el ARNm puede tener otras ventajas. No hay necesidad de cultivar el virus, todo lo que se necesita es la secuencia de la cepa de la gripe. Eso significa que su distribución podría ser lista dentro de 6 a 8 semanas, escriben los autores, y los costos de producción caerían mucho. La vacuna no tiene por qué mantenerse en refrigeración para su almacenamiento o distribución, según ellos, y acaba con el peligro de un choque anafiláctico en personas que son alérgicas a la ovoalbúmina, una proteína en los huevos de gallina que a menudo está presente en las tomas de cantidades muy bajas.

Realización de una vacuna contra la gripe sin el virus – ScienceNOW.

Comentarios desactivados

Archivado bajo ARN, Bioquímica, Medicamentos, Medicina, Virus

Un vistazo al ‘corazón’ del virus de la gripe | Biociencia | elmundo.es

 

Detalle de la estructura tridimensional descrita. | Science

  • Españoles desvelan la estructura de la ‘maquinaria’ interna del virus de la gripe
  • Este complejo es clave en la transcripción y replicación de estos patógenos

Para los virus de la gripe, los humanos somos un viejo conocido. Saben bien cómo funcionamos, qué tienen que hacer para hacerse fuertes en nuestro organismo, cómo ‘renovarse’ cada año para enfrentarse a las vacunas…

A la ciencia le está costando un poco más destapar las múltiples caras de este patógeno, aunque, poco a poco, vamos aprendiendo a conocerle. La última pista sobre su forma de actuar la da esta semana en ‘Science Express’ un equipo de investigadores españoles.

Su trabajo, el culmen de más de 10 años en el laboratorio, ha permitido demostrar cómo es la estructura molecular de la ‘maquinaria’ interna que permite replicarse a los virus.

El ‘corazón’ de los virus está compuesto por ocho segmentos de ácido ribonucleico (ARN) que componen el código genético del virus y están asociados a varias proteínas virales y una enzima polimerasa. Estos complejos, denominados ribonucleoproteínas, son los encargados de la replicación del virus; es decir, de ‘producir’ nuevas copias de sí mismos que, posteriormente, contribuirán a diseminar la infección.

Hasta ahora, definir la estructura de esa ‘maquinaria’ había supuesto un desafío para la ciencia. Pero un equipo conjunto dirigido por Jaime Martín-Benito, del Departamento de Estructura de Macromoléculas, y Juan Ortín, del Departamento de Biología Molecular y Celular del Centro Nacional de Biotecnología (CSIC), ha conseguido desentrañarla.

Su trabajo ha revelado la estructura tridimensional en doble hélice de esa maquinaria molecular y ha descrito cómo es la interacción entre ARN, proteínas y polimerasa en el interior de las ribonucleoproteínas.

“Podemos establecer un símil con los cromosomas en nuestro genoma. Lo que hemos conseguido es describir cómo están organizadas estas máquinas que, salvando las distancias, se asemejan a un cromosoma y que son las que permiten la transcripción y la replicación de los virus de la gripe”, explica Martín-Benito a ELMUNDO.es.

Ampliar el arsenal terapéutico

La investigación abre la puerta a nuevas armas farmacológicas contra la gripe que sean capaces de ‘frenar’ la multiplicación de los virus una vez que llegan al organismo. Los únicos medicamentos aprobados frente a la gripe -oseltamivir y zanamivir- actúan inhibiendo una proteína clave para la diseminación de la infección; pero, hasta ahora, no se ha autorizado ningún fármaco que impida la replicación de los virus.

A corto plazo, este trabajo también permitirá plantear modelos experimentales para testar en el laboratorio cómo se produce la replicación viral. “A partir de ahora tenemos una plataforma sobre la que poder construir”, aclara Ortín.

Los investigadores han trabajado con un subtipo de virus de la gripe tipo A (un H1N1 distinto al que generó la pandemia en 2009), aunque creen que el modelo es extrapolable “a todos los subtipos de ese mismo grupo”.

La revista científica publica en el mismo número un trabajo dirigido por Ian Wilson, del Instituto de Investigación Scripps (EEUU) que, simultáneamente, también ha demostrado la estructura tridimensional de las ribonucleoproteínas.

“Es totalmente casual”, comentan los investigadores, ya que no han mantenido ningún contacto de colaboración con el otro grupo.

Un comentario que acompaña a la publicación de estas investigaciones en la revista científica alaba el hallazgo y asegura que tendrá un“tremendo impacto” y ayudará a “elevar la comprensión de la biología y la estructura del virus de la gripe a un nuevo nivel”.

Un vistazo al ‘corazón’ del virus de la gripe | Biociencia | elmundo.es.

1 comentario

Archivado bajo ADN, ARN, Virus

Origen de los Virus | Scitable

¿Cómo evolucionan los virus? ¿Son una forma simplificada de algo que existió hace mucho tiempo, o una culminación definitiva de pequeños elementos genéticos unidos?

Por: David R. Wessner, Ph.D. (Departamento de Biología, Universidad de Davidson)  © 2010 Nature Education 

La historia de la evolución de los virus representa un fascinante aunque, aunque turbio, para virólogos y biólogos celulares. Debido a la gran diversidad entre los virus, los biólogos han tenido problemas para clasificar estos entes y establecer cómo se relacionan en el árbol de la vida convencional. Podrían representar elementos genéticos que consiguieron adquirir la habilidad de moverse entre las células. Pueden representar también organismos de vida libre anteriores que se convirtieron en parásitos. Ellos pueden ser los precursores de la vida tal y como la conocemos.

Los fundamentos de los virus

Sabemos que los virus son muy diversos. A diferencia de todas las demás entidades biológicas, algunos virus, como el virus de la polio, tienen ARN en su genoma y otros, como el virus del herpes, tienen genomas de ADN. Además, algunos virus (como el virus de la gripe) tienen un genomas monocatenarios, mientras que otros como la viruela tienen genomas bicatenarios. Sus estructuras y estrategias de replicación son igualmente diversas. Los virus, sin embargo, comparten algunas características en común: en primer lugar, por lo general son bastante pequeños, con un diámetro de menos de 200 nanómetros (nm). En segundo lugar, sólo se pueden replicar dnetro de una célula huésped. En tercer lugar, ningún virus conocido contiene ribosomas, un componente celular necesario para la maquinaria de traducción (elaboración) de proteínas.

Son seres vivos?

Para examinar esta cuestión, es necesario tener una buena comprensión de lo que entendemos por “vida”. Aunque las definiciones específicas pueden variar, los biólogos están de acuerdo en que todos los organismos vivos exhiben varias propiedades clave: pueden crecer, reproducirse, mantener una interna homeostasis, responder a estímulos, y llevar a cabo diversos procesos metabólicos. Además, las poblaciones de organismos vivos evolucionan con el tiempo.

¿Los virus se ajustan a estos criterios? Sí y no. Probablemente nos damos cuenta de que los virus se reproducen de alguna manera. Podemos llegar a ser infectados con un pequeño número de partículas de virus – por inhalación de partículas expulsadas cuando otra persona tose, por ejemplo – y luego enfermar durante varios días después, cuando los virus se replican dentro de nuestros cuerpos. Del mismo modo es probable que se den cuenta de que los virus evolucionan con el tiempo. Tenemos que conseguir una vacuna contra la gripe todos los años debido principalmente a los cambios del virus de la gripe, o por su evolución, de un año a otro (Nelson y Holmes 2007).

Los virus, no obstante, no llevan a cabo procesos metabólicos. Más notablemente, los virus difieren de los organismos vivos en que no pueden generar ATP. Los virus tampoco poseen la maquinaria necesaria para la traducción, como se mencionó anteriormente. Ellos no poseen ribosomas y no pueden formar proteínas de forma independiente a partir de moléculas de ARN mensajero. Debido a estas limitaciones, los virus pueden replicarse únicamente dentro de una célula huésped viva. Por lo tanto, los virus son parásitos intracelulares obligados. De acuerdo con una definición estricta de la vida, son inertes. No todos, sin embargo, necesariamente estarán de acuerdo con esta conclusión. Tal vez los virus representen un tipo diferente de organismos en el árbol de la vida – los organismos codificantes encapsulados (capside-encoding organism) o CEOs (Figura 1; Raoult y Forterre 2008).

Figura 1: Los virus y el árbol de la vida. Aunque la mayoría de los biólogos argumentan que los virus no están vivos, algunos argumentan que los virus deben ser incluidos en el árbol de la vida. Todos los organismos, sostienen, debe dividirse en organismos con codificación ribosómica (OER) y organismos capside-encoding (CEOs). Las bacterias, arqueobactheria y eucariotas son OER, los virus son CEOs. © 2008 Nature Publishing Group Raoult, D. & Forterre, P. Redefinición de los virus: lecciones de Mimivirus. Nature Reviews Microbiología 6, 315-319 (2008) doi: 10.1038/nrmicro1858. Todos los derechos reservados.

¿De dónde provienen los virus?

Hay un gran debate entre los virólogos sobre esta cuestión. Tres hipótesis principales han sido articuladas: 1. La progresiva o de escape, hipótesis que establece que los virus surgieron de elementos genéticos que ganaron la habilidad de moverse entre las celulas; 2. la regresiva, o de reducción, hipótesis que afirma que los virus son restos de organismos celulares, y 3.la hipotesis viruses-first que establece que los virus son anteriores o coevolucionaron junto con sus anfitriones celulares actuales.

La Hipótesis Progresiva

Según esta hipótesis, los virus se originaron a través de un proceso progresivo. Elementos genéticos móviles, trozos de material genético capaces de moverse dentro de un genoma, ganaron la capacidad de salir de una célula y entrar en otra. Para conceptualizar esta transformación, vamos a examinar la replicación de los retrovirus, la familia a la cual pertenecen los virus del VIH.

Los retrovirus poseen un genoma de ARN monocatenario. Cuando el virus entra en una célula huésped, una enzima viral, la transcriptasa inversa, convierte el RNA de cadena sencilla en ADN de doble cadena. Este ADN viral luego migra hacia el núcleo de la célula huésped. Otra enzima viral, la integrasa, inserta el ADN viral de nueva formación en el genoma de la célula huésped. Los genes víricos, entonces, pueden ser transcritos y traducidos. La polimerasa de ARN de la célula huésped puede producir nuevas copias de cadena sencilla del genoma del virus de ARN. La progenie del virus se monta y sale de la célula para comenzar el proceso de nuevo (Figura 2).

Figura 2: La replicación de los retrovirus
Después de un retrovirus entra en una célula huésped, la transcriptasa inversa retroviral convierte el genoma de ARN en ADN de doble cadena. Este ADN viral luego migra hacia el núcleo y se integra en el genoma del huésped. Genes virales son transcritos y traducidos. Nuevas partículas de virus montar, salir de la célula, y pueden infectar otra célula.

Este proceso refleja fielmente el movimiento de un importante, aunque inusual, componente de la mayoría de los genomas eucariotas: los retrotransposones. Estos elementos genéticos móviles alcanzan un sorprendente 42% del genoma humano (Lander et al . 2001) y pueden moverse dentro del genoma a través de un intermediario del ARN. Al igual que los retrovirus, ciertas clases de retrotransposones, los retrotransposones quasi-víricos, codifican una transcriptasa inversa y, a menudo, una integrasa. Con estas enzimas, estos elementos pueden transcribirse en ARN, la transcripción inversa en el ADN, y luego se integran en una nueva ubicación dentro del genoma (Figura 3). Podríamos especular con la idea de que la adquisición de unas pocas proteínas estructurales podrían permitirle al elemento la salida de una célula y la entrada en otra, convirtiéndose así en un agente infeccioso. En efecto, las estructuras genéticas del retrovirus y de los retrotransposones quasi-víricos muestran notables similitudes.

Figura 3: replicación viral-como retrotransposones
ARN polimerasas celulares transcribir retrotransposones, formando una copia de ARN del elemento. Después de la traducción, la transcriptasa inversa convierte el ARN retrotransposón en ADN de doble cadena. Esta copia de ADN del retrotransposón entonces integra, en una nueva ubicación, en el genoma de la célula misma.

La hipótesis regresiva

En contraste con el proceso progresivo que se acaba de describir, los virus pueden haberse originado a través de un proceso regresivo o de reducción. Los microbiólogos están de acuerdo en que ciertas bacterias que son parásitos intracelulares obligados, como algunas especies de Chlamydia yRickettsia, evolucionaron a partir de antepasados ​​de vida libre. De hecho, los estudios genómicos indican que la mitocondria de las células eucariotas y Rickettsia prowazekii pueden compartir un antepasado común de vida libre antepasado (Andersson et al . 1998). Se deduce, entonces, que los virus existentes pueden haber evolucionado a partir de otros organismos más complejos, posiblemente de vida libre, que perdieron la información genética con el tiempo, a medida que adoptaron un enfoque parásito de la replicación.

La hipótesis de virus-first

Tanto las hipótesis progresivas como regresivas asumen que las células existían antes de los virus. ¿Qué pasa si los virus ya existieron primero? Recientemente, varios investigadores propusieron que los virus pueden haber sido las primeras entidades replicantes. Koonin y Martin (2005) postulan que los virus existen en un mundo precellular como unidades auto-replicantes. Con el tiempo estas unidades, en su opinión, se hicieron más organizada y más complejas. Finalmente, las enzimas para la síntesis de membranas y paredes celulares evolucionaron, dando como resultado la formación de las células. Los virus, por tanto, pueden haber existido antes que bacterias, arqueas o eucariotas (Figura 4; Prangishvili et al . 2006).

La mayoría de los biólogos están de acuerdo en que las primeras moléculas replicantes consistían en ARN y no en ADN. También sabemos que algunas moléculas de ARN, ribozimas, exhiben propiedades enzimáticas, ya que pueden catalizar reacciones químicas. Tal vez, simples moléculas de ARN replicantes, existentes antes de la primera célula formada, desarrollaron la capacidad de infectar las células antes que otras. ¿Podrían ser los virus de ARN monocatenarios actuales ser los descendientes de estas moléculas de ARN precelulares?

Otros han argumentado que los precursores de los NCLDVs actuales llevaron a la aparición de las células eucariotas. Villarreal y DeFilippis (2000) y Bell (2001) describen los modelos que explican esta propuesta. Tal vez, como ambos grupos postulan, el núcleo actual de las células eucariotas surge de un evento endosimbiótica como por ejemplo que un virus complejo con ADN envuelto convirtió en un residente permanente de una ya emergente célula eucariota.

No sólo una hipótesis puede ser correcta

De dónde proceden los virus no es una pregunta fácil de responder. Se puede argumentar de manera convincente que ciertos virus, como los retrovirus, surgen a través de un proceso progresivo. Algunos elementos genéticos móviles adquirieron la habilidad de viajar entre las células, convirtiéndose en agentes infecciosos. También se puede argumentar que los virus grandes de ADN surgen a través de un proceso regresivo por el cual entidades que fueron alguna vez independientes perdieron genes clave con el tiempo y adoptaron una estrategia de replicación parasitaria. Por último, la idea de que los virus dieron lugar a la vida tal y como la conocemos presenta posibilidades muy interesantes. Tal vez los virus de hoy en día surgieron varias veces, a través de múltiples mecanismos, o tal vez todos los virus surgieron a través de un mecanismo aún por descubrir. Hoy en día la investigación básica en campos como la microbiología, genética y biología estructural nos puede proporcionar respuestas a esta pregunta básica.

Figura 4: Los virus como precursores de la vida celular
En lugar de ser derivado de las células existentes o elementos genéticos móviles, los virus pueden haber existido antes de la vida celular. Autorreplicantes unidades en el virosphere antiguo pudo haber adquirido la capacidad para formar las membranas y paredes celulares, lo que lleva a la evolución de los tres dominios de la vida. Los virus y luego siguió evolucionando con los anfitriones en evolución.

Referencias y Lecturas Recomendadas


Andersson, SGE et al . La secuencia del genoma de Rickettsia prowazekii y el origen de las mitocondrias. Naturaleza 396 , 133-143 (1998) doi: 10.1038/24094.

Bell, eucariogénesis PJL Viral: ¿Fue el antecesor del núcleo de un virus de ADN complejo? Journal of Molecular Evolution 53 , 251-256 (2001) doi: 10.1007/s002390010215.

Koonin, EV & Martin, W. Sobre el origen de los genomas y las células dentro de los compartimentos inorgánicos. Trends in Genetics 21 , 647-654 (2005).

Lander, ES et al . Secuencia inicial y el análisis del genoma humano. Naturaleza 409 , 860-921 (2001) doi: 10.1038/35057062.

La Scola, B. et al . Un virus gigante en amebas. Ciencia 299 , 2033 (2003) doi: 10.1126/science.1081867.

Nelson, MI & Holmes, EC La evolución de la gripe epidémica. Nature Reviews Genetics 8 , 196-205 (2007) doi :10-1038 / nrg2053.

Prangishvili, D., Forterre, P. & Garrett, virus RA de la Archaea:. Una visión unificadora Nature Reviews Microbiology 4 , 837-848 (2006) doi: 10.1038/nrmicro1527.

Raoult, D. & Forterre, P. Redefinición de los virus: Lecciones de mimivirus. Nature Reviews Microbiología 6 , 315-319 (2008) doi: 10.1038/nrmicro1858.

Raoult, D. et al . El 1,2-megabase secuencia del genoma de Mimivirus. Ciencia 306 , 1344-1350 (2004) doi: 10.1126/science.1101485.

Villarreal, LP & DeFilippis, VR Una hipótesis para los virus de ADN como el origen de replicación proteínas eucarióticas. Journal of Virology74 , 7079-7.084 (2000).

Xiao, C. et al . Cryo-microscopía electrónica del gigante Mimivirus. Journal of Molecular Biology 353 , 493-496 (2005) doi: 10.1016/j.jmb.2005.08.060.

Origen de los Virus | Scitable.

1 comentario

Archivado bajo ADN, ARN, Bioquímica, Virus

La transcripción de RNA polimerasa para procaryota y eucaryota | Scitable

La expresión génica está vinculada a la transcripción del ARN, que no puede ocurrir sin la ARN polimerasa. Sin embargo, aquí es donde las similitudes de expresión entre procariotas y eucariotas finalizan.

Cada célula nucleada diploide del cuerpo contiene el mismo ADN o genoma, sin embargo, las células parecen comprometidas en diferentes tareas especializadas, por ejemlo, las células de riñón absorben sodio, mientras que las células del páncreas producen insulina. ¿Cómo es esto posible? La respuesta está en uso diferencial del genoma, en otras palabras, las diferentes células dentro del cuerpo expresan diferentes porciones de su ADN. Este proceso, que se inicia con la transcripción de ADN en ARN, en última instancia conduce a cambios en función de la célula. Los cambios en la transcripción son, por tanto, un medio fundamental por el que se regula la función de las células a través de las especies. De hecho, incluso los organismos unicelulares, como las bacterias, regulan la transcripción génica en función de las señales en su entorno. Por lo tanto, la comprensión de cómo la transcripción está regulada es fundamental para descifrar los misterios del genoma.

Para el proceso de la transcripción es fundamental conocer el complejo de proteínas conocidas como las ARN polimerasas. ARN polimerasas se han encontrado en todas las especies, pero el número y la composición de estas proteínas varía según los taxones. Por ejemplo, las bacterias contienen un único tipo de ARN polimerasa, mientras que los eucariotas (organismos multicelulares y levaduras) contienen tres tipos distintos. A pesar de estas diferencias, existen sorprendentes similitudes entre los mecanismos transcripcionales. Por ejemplo, todas las especies requieren un mecanismo por el que la transcripción se puede regular a fin de lograr cambios espaciales y temporales en la expresión génica. Para entender completamente lo que esto significa, en primer lugar es necesario examinar los mecanismos de la transcripción del ARN con más detalle.

Transcripción: Una visión general

En todas las especies, la transcripción se inicia con la unión del complejo de la ARN polimerasa (o holoenzima ) a una secuencia de ADN especial al principio del gen conocido como promotor. La activación del complejo de la polimerasa de ARN permite el inicio de la transcripción, y esto es seguido por la elongación del fragmento transcrito. A su vez, el alargamiento de transcripción conduce a la liberación del promotor, y el proceso de transcripción puede comenzar de nuevo. La transcripción por lo tanto se puede regular en dos niveles: a nivel de promotor (cis regulación) y a nivel de la polimerasa (regulación trans). Estos elementos difieren en bacterias y eucariotas.

La transcripción en bacterias

En las bacterias, toda transcripción se lleva a cabo por un único tipo de ARN polimerasa. Esta polimerasa contiene cuatro subunidades catalíticas y una única subunidad reguladora conocida como sigma (s). Curiosamente, han sido identificados varios factores sigma distintos y cada uno de estos supervisa la transcripción de un conjunto único de genes. Los factores sigma son, por tanto, discriminatorios, ya que cada uno se une a un conjunto distinto de secuencias de promotor.

Un notable ejemplo de la especialización de los factores sigma para promotores génicos diferentes lo proporciona la esporulación bacteriana de las especies de Bacillus subtilis. Esta bacteria existe en dos estados: vegetativo (creciendo) y en esporulación. Los genes implicados en la formación de esporas no se expresan normalmente durante el crecimiento vegetativo. Sorprendentemente, la expresión de un gen que codifica un factor sigma novel activa primero los genes de la esporulación. La posterior expresión de diferentes factores sigma entonces activs un nuevo conjunto de genes necesarios para el proceso de esporulación ulterior (Stragier y Losick, 1992). Cada uno de estos factores sigma reconoce los promotores de los genes en su grupo, no los que han sido vistos por otros factores sigma. Este sencillo ejemplo ilustra cómo la transcripción puede ser regulada en forma cis y trans para provocar cambios en la función celular. Por lo tanto, mientras que las bacterias lograr la transcripción de todos los genes utilizando un único tipo de ARN polimerasa, el uso de diferentes subunidades del factor sigma proporciona un nivel adicional de control.

La transcripción en eucariotas

Las células Eucariotas son más complejas que las bacterias de muchas maneras, incluso en términos de la transcripción. Específicamente, en los eucariotas, la transcripción se logra por tres tipos diferentes de ARN polimerasa (ARN pol I-III). Estas polimerasas se diferencian en el número y tipo de subunidades que contienen, así como la clase de RNAs que transcriben, es decir, ARN pol I transcribe ARN ribosómicos (ARNr), ARN pol II transcribe ARN que se convertirán en los ARN mensajeros (ARNm) y también pequeños RNAs reguladores, y ARN pol III transcribe ARN pequeños, tales como los ARN de transferencia (ARNt).

Estructuras como árbol de Navidad pueden ser visualizadas durante la transcripción activa. Las cepas de levadura que expresan condicionalmente la snoRNA U3 o Utp7 a partir de un promotor galactosa fueron utilizadas para hacer los diferenciales de la cromatina.

Ya que la RNA pol II transcribe genes codificadores de proteínas, ha sido de especial importancia para los científicos que estudian la regulación de la expresión génica en eucariotas, y su función se ha llegado a conocer bien. Por ejemplo, los investigadores saben que el ARN pol II puede unirse a una secuencia de ADN en el promotor de muchos genes, conocidos como la caja TATA, para iniciar la transcripción. Junto con otras causas comunes (secuencias cortas de reconocimiento en el ADN), estos elementos constituyen el núcleo promotor. Sin embargo, los cambios en la afinidad de ARN pol II y, por lo tanto, en la expresión génica, puede ser influenciados por  secuencias de ADN circundantes (enhancers), que a su vez reclutan factores de transcripción. Si bien estas propiedades de regulación de la transcripción son muy importantes, siguen siendo un área de investigación activa.

Curiosamente, la ARN pol II es únicamente sensible a amatoxinas tales como un alfa-amanitina del extremadamente tóxico género de hongos Amanita (Weiland, 1968), un hecho que los investigadores han sido capaces de explotar a los efectos de los estudios de la polimerasa, aunque los cazadores amateurs de setas deberían tener cuidado! Así, mientras que la transcripción eucariota es mucho más compleja que la transcripción bacteriana, la principal diferencia entre los dos tipos de transcripción se encuentra en la RNA polimerasa.

La transcripción de RNA polimerasa RNA por: Prokaryotes vs Eucariotas | aprender ciencias en Scitable.

Comentarios desactivados

Archivado bajo ADN, ARN, Bioquímica, Genoma