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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La química puede ser divertida

Este video nos demuestra que la química no tiene por qué ser aburrida. También nos explica de manera "mas didáctica" porque el helio (He) y el hidrógeno (H) no se atraen, pero si el H con el carbono (C), o por qué el potasio (K) al ponerse en contacto con el agua explota, entre otras cosas. Este video fue realizado así como para darle más popularidad a la química.

Les recomiendo que se fijen en los detalles, si es posible ponganle "pause" y vean cada uno de los elementos y se darán cuenta que tienen de graciosos. Ej: el Uun (¿Unilunium?) jaja... uno de esos elementos nuevos que están más allá del 107 elemento de la tabla periódica.

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Fold it: El juego de computadora para científicos

Foldit¡ es un nuevo y revolucionario juego de computadora, desarrollado por investigadores del Instituto Médico Howard Hughes, que te permite contribuir en importantes investigaciones científicas. El juego consiste en manipular las distintas partes de una proteína como las cadenas laterales de aminoácidos, los plegamientos alfa o beta, la estructura básica, etc., hasta optimizar su estructura 3D. Además este juego respeta las leyes físicas, las interacciones químicas y las proporciones de tamaño. Este juego es gratuito y se distribuye a través de la Internet, donde pueden participar desde personas comunes y corrientes hasta grupos de grandes universidades como Berkeley.

Para descargarlo entra a la página de Foldit¡. El objetivo es diseñar nuevas proteínas que podrían servir como nuevos medicamentos.

Todo comenzó ante la urgencia de descubrir la estructura genética de las más de 100.000 proteínas que existen en el cuerpo humano y que son clave para la investigación científica. Sólo se ha obtenido la información completa de unas cuantas y descubrir la de todas podría demorar cientos de años. Así que mientras tú juegas, vas diseñando, modificando y descubriendo nuevas proteínas a partir de las ya existentes (por ahora) y tal vez una de ellas pueda curar enfermedades como el cáncer, SIDA o Alzheimer. Pero también podría tener su lado negativo. Imágina que un grupo terrorista domine este juego, entonces podrán crear proteínas de destrucción masiva. Dejándo de lado esto, una vez que empieces con el juego, un tal Dr. David Baker, te enseñará a jugar, orientándote en todo lo que debes saber para entrar en competencia.

Como todos los videojuegos on-line, 'Foldit' ofrece la posibilidad de interactuar y competir con otros jugadores de forma simultánea, conocerse y tener acceso a sus perfiles. Mismo Gunbound, aquí también podrás 'gilear' con chicas de otros lugares, y hasta podrías conseguir una PhD que te jale a su país a continuar con tus estudios de post-grado. Además como acá en Perú todos son unos capos en juegos en red, los descubrimientos más asombrosos de nuevas proteínas serán en nuestro país, incluso hsta crearán parches que te permitan violar las leyes físicas y químicas para crear proteínas imposibles que existan en la vida real. Es más, a partir de esta semana empezará la cuenta regresiva para la celebración de un gran torneo de jugadores de 'Foldit' en 2010, en el que los jugadores tendrán que medir sus habilidades con investigadores y expertos en estructuras proteínicas.

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¿Por qué la peste fue tan letal?

La peste bubónica ha matado a más de 200 millones de personas durante el curso de la historia, siendo la infección más devastadora de todos los tiempos. Sin embargo, se sabe muy poco acerca de las bases moleculares de su virulencia.

Recientemente, investigadores de la Universidad de Chicago han descubierto que una sola mutación genética es la causante de que la bacteria de la peste (Yersinia pestis) sea mucho más virulenta y letal que cualquiera de sus especies parentales.

Esto se debe a que la bacteria de la peste, necesita de iones de calcio (Ca²⁺) para poder crecer a nuestra temperatura corporal, pero, cuando el Ca²⁺ no está disponible, empieza a producir una gran cantidad de aspartato. Y ¿qué provoca que el aspartato se empiece a acumular?

Y. pestis evolucionó a partir de su antecesor Y. pseudotuberculosis en los últimos 20.000 años, sugiriendo que su alta letalidad se refleja en algunos cambios genéticos.

Se descubrió que una mutación provocó que la bacteria no pueda producir una enzima llamada aspartasa. Esta enzima está presente en casi todas las bacterias, pero curiosamente se encuentra ausente en muchos microorganismos patógenos como las Mycobacterias patógenas del hombre, entre ellas la Francisella tularensis (causante de la tularemia) y las bacterias del género Rickettsia.

La aspartasa digiere el ácido aspártico, pero como esta enzima no está presente en Y. pestis, se produce mucho más aspartato de lo que es requerido por la persona infectada, causando un desiquilibrio en la proporción de aminoácidos. Este descubrimiento da otra perspectiva hacia nuevos tratamientos enfocados en remover las cantidades extra de ácido aspártico del cuerpo.

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El "caballo de Troya" de los virus

Los virus utilizan una serie de trucos y disfraces para poder invadir a las pobres células, pero científicos del Instituto de Bioquímica de Zurich ETH han descubierto una manera insólita de cómo un virus puede infectar una célula. El virus Vaccinia, conocido por ser el virus utilizado en las vacunas contra la viruela, es sumamente grande y rechoncho, por lo tanto necesita de una estrategia especial para poder infiltrarse en las células y poder reproducirse. Este virus se aprovecha del mecanismo celular de eliminación de residuos para infectar a las células.

Pero ¿cómo puede lograr esto? Gracias a la fosfatidilserina. Vaccinia lo que hace es acumular estos fragmentos de membrana celular de la célula muerta, conteniendo la fosfatidilserina, en su superficie. La célula como es tonta, no se da cuenta que tras esa inofensiva capa de residuos celulares muertos está escondido el virus, y lo ingiere sin pensarlo dos veces. El proceso de ingestión se da vía macropinocitosis.

Cuando una célula muere, sus vecinas ingieren todos sus restos, a pesar de no ser macrófagos (los verdaderos especializados en ingerir estos desechos para su degradación). Este comportamiento ha sido analizado por mucho tiempo en Vaccinia y se observó que la célula reconoce los desechos dejados por células muertas, gracias a una molécula especial ubicada en la superficie interna de la membrana celular llamada PAK kinasa.

El virus Vaccinia se mueve hacia la célula gracias a las extensiones filamentosas ricas en actina, una vez que está cerca a la membrana celular de la célula, induce la formación de una invaginación, usando una señal de "¡ábreme la puerta!", dándose una reacción en cadena dentro de la célula que finaliza en la formación de la vesícula que captura al virus incorporándolo a la célula.

Explicándolo en términos épicos, los virus vienen a ser los griegos que quieren entrar a Troya (las células), pero tienen unas murallas impenetrables (membranas celulares), así que los virus (griegos) vieron que los restos de las células muertas pasaban sin dificultad, así que idearon un plan: hacerse pasar como desechos de células muertas. Entonces, se cubrieron de estos restos para poder entrar fácilmente (caballos de troya). Los troyanos vienen ha ser las proteínas que transmiten las señales para que abran la puerta de la membrana celular (permitan el paso del virus al interior de la célula). Uno de los troyanos es la PAK kinasa. Se determinó que si esta enzima no está presente, el truco del virus no funciona porque la célula no forma ninguna invaginación. Y ya ps los Virus (griegos) una vez dentro de la célula empiezan a causar todos los desmanes para los que están programados en su amterial genético.

Fuente | Science.

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