imagen de una placa de Agar rayada con 16 cepas diferentes de Escherichia coli, cada una conteniendo una proteína fluorescente verde con un codón de inicio diferente (anotado a lo largo del borde de la placa). Los 16 codones corresponden a los 16 codones de expresión más fuertes., Image es un compuesto de dos imágenes superpuestas de un escáner láser.
durante décadas, los científicos que trabajan con material genético han trabajado con algunas reglas básicas en mente. Para empezar, el ADN se transcribe en ARN mensajero (ARNm), y el ARNm se traduce en proteínas, que son esenciales para casi todas las funciones biológicas. Un principio central con respecto a la traducción ha sostenido durante mucho tiempo que solo un pequeño número de secuencias de tres letras en el ARNm, conocido como codones de inicio, podría desencadenar la producción de proteínas., Pero los investigadores podrían necesitar revisar y posiblemente reescribir esta regla, después de mediciones recientes de un equipo que incluye científicos del Instituto Nacional de estándares y Tecnología (NIST).
los hallazgos, que se publicarán el 21 de febrero de 2017 en la revista Nucleic Acids Research por científicos en una colaboración de investigación entre el NIST y la Universidad de Stanford, demuestran que hay al menos 47 posibles codones de inicio, cada uno de los cuales puede instruir a una célula para comenzar la síntesis de proteínas. Anteriormente se pensaba que solo siete de los 64 posibles codones triples desencadenaban la síntesis de proteínas.,
«Podría ser que muchos codones de inicio potenciales hubieran permanecido sin descubrir porque nadie podía verlos», dijo el autor principal Ariel Hecht, miembro del equipo de la iniciativa conjunta para la metrología en Biología (JIMB), una colaboración de investigación que incluye al NIST y Stanford.
Los científicos hicieron muchos de sus descubrimientos iniciales sobre el ADN y el ARN, incluidos los codones iniciales, en las décadas de 1950 y 1960. esas ideas se han consagrado en los libros de texto de todo el mundo como la comprensión moderna de las reglas de la biología molecular.,
el código genético se representa típicamente a través de secuencias de cuatro letras-A, C, G y T O U-que corresponden a las unidades moleculares conocidas como adenina, citosina, guanina y timina (para el código de ADN) o uracilo (para el código de ARN). Hace cincuenta años, las mejores herramientas de investigación disponibles indicaron que solo había unos pocos codones de inicio (con secuencias de AUG, GUG y UUG) en la mayoría de los seres vivos. Los codones de inicio son importantes de entender porque marcan el comienzo de una receta para traducir el ARN en cadenas específicas de aminoácidos (es decir, proteínas).,
la comprensión del equipo JIMB de que podría haber algo mal en la comprensión general de cómo funcionan los codones comenzó inesperadamente con una ronda de bagels y café. Hecht y sus colegas Jeff Glasgow, Lukmaan Bawazer y Matt Munson estaban discutiendo el experimento del colega Paul Jaschke donde había reemplazado los codones iniciales de varios genes de un virus PhiX174 con codones que no deberían haber comenzado la traducción (AUA y ACG). Sin embargo, para sorpresa de Jaschke, todavía estaba detectando la expresión de esos genes que deberían haber sido silenciados debido a la eliminación de sus codones de inicio.,
Hecht y sus colegas, junto con Jaschke, persiguieron lo que parecía una pregunta bastante ingenua: ¿qué pasaría si los resultados indicaran que los codones no se ajustaban a una descripción tradicional de Inicio o no, sino que tenían diferentes probabilidades de comenzar la traducción?, A su leal saber y entender, nadie había explorado sistemáticamente si la traducción podía iniciarse a partir de los 64 codones. Nadie había demostrado nunca que no se puede comenzar la traducción desde cualquier codón.
» todos nos preguntamos colectivamente: ¿alguien había mirado alguna vez?»dijo Hecht. Un nuevo examen de la bibliografía disponible sobre el tema indicó que la respuesta era negativa.,
a diferencia de los genetistas que trabajaban hace medio siglo, el equipo JIMB y otros que observan el funcionamiento interno de las células ahora tienen herramientas mucho más poderosas a su disposición, incluida la proteína fluorescente verde (GFP), una proteína adaptada de medusas, y la nanoluciferasa, otra proteína adaptada de un camarón de aguas profundas. Tanto la GFP como la nanoluciferasa emiten luz cuando se expresan dentro de las células y se han optimizado en la última década para producir señales muy fuertes que se pueden usar para sondear las células en profundidad.
«hace diez años las herramientas para hacer este tipo de medición no existían», dijo Hecht.,
NIST se especializa en el proceso de medición de precisión, y el desafío start codon resultó irresistible para el equipo JIMB. La colaboración se formó en 2016 con el objetivo de avanzar en la ciencia de la biomedición y facilitar el proceso de descubrimiento al reunir a expertos de la academia, laboratorios gubernamentales e industria para investigaciones científicas colectivas.
con el uso de GFP y nanoluciferasa, el equipo midió el inicio de la traducción en la bacteria E. coli de los 64 codones. Fueron capaces de detectar el inicio de la síntesis de proteínas a partir de 47 codones.,
las implicaciones del trabajo podrían ser bastante profundas para nuestra comprensión de la biología.
«queremos saber todo lo que sucede dentro de las células para que podamos comprender completamente la vida a escala molecular y tener una mejor oportunidad de asociarnos con la biología para florecer juntos», dijo el profesor de Stanford y colega y asesor de JIMB, Drew Endy. «Pensamos que conocíamos las reglas, pero resulta que hay un nivel completamente diferente del que tenemos que aprender. La gramática del ADN podría ser aún más sofisticada de lo que imaginábamos.,»
aún así, el equipo de JIMB advierte, este artículo es realmente solo el primer paso, y no está claro qué estudios de otros organismos revelarán.
«tenemos que ser muy cuidadosos al extrapolar estos hallazgos o aplicarlos a otros organismos sin una investigación más profunda», dijo Hecht. Espera que este artículo anime o inspire a otros investigadores a explorar el tema para encontrar aún más respuestas.
«Podría ser que todos los codones podrían ser codones de inicio», dijo Hecht. «Creo que es solo una cuestión de poder medirlos al nivel correcto.,»
Paper: Ariel Hecht, Jeff Glasgow, Paul Jaschke, Lukmaan Bawazer, et al. Mediciones de iniciación de la traducción de los 64 codones en E. coli. Ácidos nucleicos res.gkx070. Publicado en línea el 21 de febrero de 2017. DOI: 10.1093 / nar / gkx070.