Algunos virus contrarrestan las defensas bacterianas con un alfabeto genético único

Algunos virus que matan bacterias explican sus instrucciones genéticas en un alfabeto de ADN diferente.

Hace más de 40 años, científicos en Rusia informaron que un tipo de bacteriófago llamado cianoófago S-2L reemplaza a la adenina, el componente básico del ADN, comúnmente conocido como A, con 2-aminoadenina, designada Z. Pero nadie sabía cómo había sido el fago. ido de la A a la Z, o por qué.

Después de décadas de cuestionamientos, dos grupos independientes de científicos han descubierto cómo los virus producen e incorporan Z en sus instrucciones genéticas, y una de las razones por las que lo hacen, informan los equipos en tres estudios el 30 de abril. Ciencias.

Los hallazgos tienen implicaciones para los orígenes de la vida en la Tierra, la búsqueda de vida en otros planetas y múltiples aplicaciones potenciales en biomedicina, biología sintética, ciencia de materiales e informática, dice Farren Isaacs, biólogo molecular y sintético de la Universidad de Yale, co -autor de un comentario. en el mismo número de Ciencias. «Este es un descubrimiento muy fundamental».

En la década de 1990, Philippe Marlière, un xenobiólogo del Instituto Pasteur de París, estaba «buscando ejemplos que divergieran de la vida tal como la conocemos» cuando se encontró con el estudio ruso de 1977 que describía un cianófago con ADN inusual. Después de obtener una muestra del virus, Marlière y sus colegas descifraron el conjunto completo de instrucciones genéticas o genoma del fago.

En el genoma del virus, los investigadores encontraron instrucciones para construir una enzima, llamada PurZ, que podría dar el primer paso en la producción de Z, también conocida como diaminopurina. El Instituto Pasteur presentó una patente sobre la enzima a nombre de Marlière en 2003.

Con la enzima en la mano, «quedó claro cómo se producía Z, pero no [do] cualquier experimento para demostrar que teníamos razón «, dice Marlière, ahora presidente de la Unión Europea de Científicos e Industriales Sintéticos en Berlín. El proyecto se detuvo por una variedad de razones.

Los investigadores no han publicado sus resultados hasta ahora, en parte, porque PurZ no era la enzima que Marlière estaba buscando. En cambio, dice que esperaba encontrar una enzima diferente, una polimerasa que rechazaría la adenina y en su lugar construiría ADN con Z en su lugar. «Estaba muy, muy decepcionado», dice, «porque la polimerasa que quería no podía detectarse en ese fago».

De hecho, la polimerasa de este fago no es lo que estaba buscando. El colaborador de Marlière, Pierre Alexandre Kaminski y sus colegas encontraron que la polimerasa S-2L del cianófago no es quisquilloso con el uso de A o Z. En cambio, otra enzima viral llamada DatZ degrada los componentes básicos de la adenina, sin dejar polimerasa atrás. , bioquímico del Instituto Pasteur, y sus colegas informan el 23 de abril en Comunicaciones de la naturaleza.

Periódicamente, Marlière buscó en las bases de datos genéticas otros fagos que tienen PurZ y pueden contener la escurridiza polimerasa delicada. Luego, hace unos cuatro años, dice: “Obtuve resultados. ¡Ding, ding, ding! Y no me acabo de comprar uno. Obtuve 12. Y bingo, justo al lado de este gen PurZ, era, adivina qué, un gen de la polimerasa. ¡Ajá! «

La Siphoviridae Todos los bacteriófagos que infectan una amplia variedad de bacterias tienen versiones de la polimerasa, llamada DpoZ, que preferentemente insertan Z en lugar de A en el ADN de los virus, informan los investigadores. Marlière ha presentado una patente sobre la enzima.

El alfabeto alternativo se puede usar mucho más de lo que se pensaba, dice Huimin Zhao, biólogo sintético de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign. Recuerda que escuchó por primera vez sobre el bacteriófago que usa ADN que contiene Z en una cena hace unos años, recuerda. Sin saber que los científicos franceses todavía estaban trabajando en el rompecabezas, también buscó en las bases de datos y encontró 60 bacteriófagos que contenían PurZ, incluidos fagos de ambos. Siphoviridae es Podoviridae familias. Su equipo también elaboró ​​la vía bioquímica utilizada por los fagos para producir e incorporar Z y encontró enzimas que degradan A.

Solo porque los fagos tienen enzimas, no necesariamente usan Z en su ADN. Entonces, Zhao y sus colegas en China eligieron un fago llamado SH-Ab 15497 que infecta Acinetobacter bacterias y confirmó que su alfabeto de ADN también tiene Z en lugar de A, informa su equipo.

Reemplazo como con Zs

Aún se desconocía por qué los fagos se preocuparían por el ADN no convencional. Una hipótesis es que reemplazar A por Z es una contramedida contra las enzimas de defensa bacterianas, conocidas como enzimas de restricción, que rompen el ADN de los fagos invasores. Tales enzimas tienen dificultades para reconocer y cortar el ADN que contiene bases Z, encontraron Zhao y sus colegas. «El fago está tratando de evitar ser destruido por el huésped», dice. «Este es realmente un mecanismo de protección para el fago».

También es parte de una carrera armamentista interminable entre fagos y bacterias, dice Steven Benner, químico y astrobiólogo de la Fundación para la Evolución Molecular Aplicada en Alachua, Florida. Es posible que todavía existan otros fagos que usan Z u otras bases de ADN alternativas. «»Descuidamos esta forma de vida en la Tierra porque nuestras herramientas moleculares no nos permitieron buscarla»», dice. «Lo que hicieron estos tipos fue descubrir una biosfera completa que faltaba en nuestro inventario».

Es discutible si los fagos que contienen Z son nuevas formas de vida (sin mencionar el debate en curso sobre si los virus están vivos), dice Floyd Romesberg, biólogo sintético en el sitio de la compañía farmacéutica y biotecnológica mundial Sanofi en La Jolla., En California. abre nuevas posibilidades, dice, para lo que la vida es, fue y podría llegar a ser.

“La vida no es exactamente lo que pensábamos que era. La vida no tiene por qué ser GTAC «», dice, refiriéndose a las cuatro letras del alfabeto de ADN estándar.» Lo que dice es que la vida puede ser más diversa «.

Esta conciencia podría influir en la búsqueda de vida en otros planetas (SN: 18/4/16). Los científicos a menudo asumen que deberían buscar guanina, timina, adenina y citosina, las bases del ADN tal como las conocemos hasta ahora. Pero quizás los investigadores deberían buscar 2-aminoadenina, la base Z en su lugar, dice Benner.

Después de todo, Z forma tres enlaces de hidrógeno con timina, en lugar de los dos enlaces de hidrógeno que mantienen unidos los pares de bases A – T. Esto hace que el ADN emparejado de ZT sea más estable y potencialmente capaz de soportar condiciones más cálidas o más duras que las que puede hacer. él dice.

Algunos virus contrarrestan las defensas bacterianas con un alfabeto genético único, Forma parte de la Vida
Bacteriófago SH-Ab 15497 (mostrado en esta micrografía electrónica), que infecta Acinetobacter baumannii, reemplaza A con Z en su genoma. El cambio de letras ayuda al virus a evadir las enzimas bacterianas que destruirían el ADN del fago.Y. Hua et al/Fronteras en microbiología 2017
Algunos virus contrarrestan las defensas bacterianas con un alfabeto genético único, Forma parte de la Vida
Bacteriófago SH-Ab 15497 (mostrado en esta micrografía electrónica), que infecta Acinetobacter baumannii, reemplaza A con Z en su genoma. El cambio de letras ayuda al virus a evadir las enzimas bacterianas que destruirían el ADN del fago.Y. Hua et al/Fronteras en microbiología 2017

Con la estabilidad adicional, es posible que se pregunte por qué todos los organismos de la Tierra no usan Z. La estabilidad no lo es todo, dice Romesberg. El ADN debe desenrollarse y separarse para poder copiarlo. Puede ser más difícil hacerlo con los pares de bases Z – T. Z también cambia la forma en que el ADN se curva y se pliega, quizás haciendo que sea más difícil empacar en espacios reducidos como material genético que contiene A. Esto puede hacer que sea más difícil empacar. atractivo para otros organismos.

O tal vez fue solo un accidente que A fuera primero. Una vez que las células hayan comenzado a usar esa base, tendrían que cambiar demasiadas cosas para cambiar completamente a otra base, dice Romesberg, quien ha trabajado durante años para lograr que las bacterias incorporen bases de ADN exóticas (SN: 7/5/14).

Las células tienen dificultades para intercambiarse porque hay muchas partes diferentes que tendrían que cambiarse para adaptarse a una nueva base de ADN. Los genomas de virus desensamblados son más flexibles, dice Romesberg: llevan menos maquinaria porque hacen que el anfitrión haga la mayor parte del trabajo. Phage Z también solo da el primer paso para hacer Z y depende de varias enzimas huésped para completar la receta. Aún no se sabe si los organismos celulares también pueden escribir Z en su ADN.

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