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

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El kalanchoe, una alternativa para el bioetanol

El Kalanchoe fedtschenkoi es una planta de ambientes desérticos, que posee una característica muy singular. A diferencia de cualquier otra planta, esta captura la mayor cantidad de CO₂ durante la noche, cuando el aire es más frío y húmedo, por esta razón es diez veces más eficiente en cuanto a la utilización del agua que cualquiera de los grandes cultivos. Esta extraña característica ha llamado la atención de los científicos quienes vienen usando lo último en tecnología de secuenciamiento para analizar el genoma de esta planta y comprender como se lleva a cabo esta función. La secuencia genética será cargada a una base de datos y podrá ser usada a través de la internet.

Este interés se da porque con la crisis de combustibles que vivimos en nuestros días, el bioetanol ha surgido como la solución a este problema, pero la controversia radica en que los campos de cultivo alrededor del globo, normalmente usados para el cultivo de alimentos como el arroz y el trigo, están siendo tomados para el cultivo de plantas para la producción de los biocombustibles (sustitutos del petróleo), provocando un incremento en el precio de muchos granos y sus derivados como la harina (ya saben porque sube el pan).

Los científicos creen que estos nuevos genes encontrados en el Kalanchoe podrían dar un nuevo modelo para el cultivo de plantas usadas en la producción del bioetanol, usando tierras desérticas o semidesérticas y así evitar que compitan con las tierras fértiles usadas para el cultivo de alimentos.


En mi colegio el profesor Vicente nos decía —parafraseando a Mlthus— "la población crece en progresión geométrica y los alimentos en progresión aritmética". En esos días nadie le tomaba importancia a esta frase, pero ahora vemos que a medida que crece la población, las grandes ciudades se expanden hacia donde antes habían terrenos de cultivos fértiles, cuanto más gente hay, menos espacio para vivir queda y mucho menos para cultivar y cada vez más bocas por alimentar. Esto se traduce en una mayor demanda de alimentos y mayor demanda de combustibles, por lo que es necesario buscar nuevos terrenos para los cultivos, las selvas no son la mejor opción, así que solamente nos quedan los desiertos.

El kalanchoe esta abriendo esta posibilidad, solo queda entender esta habilidad y poder aplicar su potencial genético para el desarrollo de cultivos capaces de usar estos terrenos tan hostiles y así no haya una competencia entre alimentos y combustibles, donde al final todos seamos los perjudicados. La Universidad de Liverpool se está encargando de esta ardua tarea, usando uno de los pocos secuenciadores de alta tecnología capaces de leer 500 millones de nucleótidos en unas pocas horas.

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Gene Transfer Game

Existen cientos de juegos en la red, entre ellos de cartas, de billar, de avioncitos, de carritos, hasta juegos para DJ's y climatólogos, pero ¿cuántos de juegos hay para biólogos? DOs o como máximo tres, claro que con los laboratorios virtuales nosotros nos divertimos tanto que los tomamos como si fueran juegos, pero no lo son.

Imaginemos por un rato como sería un juego de peleas para biólogos, no sería un clásico Ryu vs Ken, sino un Watson vs Crick. El ring... un laboratorio con sus estudiantes de postgrado haciendo barra. Sus poderes... 1uL de Bromuro de Etidio o rayos UV que provocará mutaciones en el ADN de su contrincante. Y su linea de vida no sería la clásica barra amarilla que después se pone roja, sino sería un cromosoma cuya cantidad de telómeros va disminuyendo conforme con cada golpe que recibe.

Para los ecólogos, un juego de aventura donde el rptegonista carga su cuchillo, su olla y su mochila llena de provisiones y se interna en la selva para salvar a una especie en peligro de extinción, destruyendo a todos los cazadores, deforestadores y grandes mineras que encuentre en su camino. Hay tantos juegos diseñados para biólgos que se podrían hacer, pero simplemente no serían populares.

Así que Bio-Rad, una empresa encargada de la construcción y distribución de productos para investigación y diagnóstico clínico, ha lanzado un juego llamado 'Gene Transfer'. Este juego se lleva a cabo en un cultivo de tejido celular, donde cada jugador "dispara" a 4 diferentes tipos de células (una célula epitelial, un fibroblasto, una neurona y un linfocito) con 4 diferentes armas (un electroporador, una pistola de biobalística, un virus y un chorro de liposima) cada una de ellas provocando una reacción diferente en cada una de los tipos celulares (recuerden que cada arma corresponde a un diferente método de transferencia genética y cada célula responde mejor a cada tipo de arma usada). El fin del juego es obtener el mayor puntaje posible. Cada día el jugador que obtuvo el mayor puntaje recibirá un obsequio que consiste en cualquiera de estos 2 polos que ven en la figura.

El juego ya lo probé, me aburrí porque nunca mueres, así que sólo lo recomiendo para un rato que quieras despejar la mente mientras estudias, pero si no tienes nada que hacer, juega y saca tu puntaje para que recibas tu polo.

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