Las bacterias que desafían los dogmas empaquetan el ADN de formas inusuales
Lunes 06 de
Febrero 2023
Algunas bacterias parecen encerrar sus genomas en proteínas llamadas histonas, que no se creía que existieran en las células bacterianas.
Un descubrimiento sorprendente en las bacterias sugiere que algunas especies tienen una forma extraña de empaquetar los cromosomas y regular la expresión génica, utilizando proteínas que, hasta hace poco, no se creía que existieran en las bacterias.
En una preimpresión publicada en bioRxiv el 26 de enero, los investigadores informan sobre la caracterización de proteínas llamadas histonas que, en dos especies bacterianas, parecen unirse para cubrir regiones del cromosoma 1 bacteriano . Esto es completamente diferente de la disposición de las histonas que se observa en otros organismos. Por ejemplo, en los organismos llamados eucariotas, cuyas células tienen un núcleo delimitado por una membrana, el ADN se enrolla alrededor de las histonas, en lugar de estar encerrado por ellas.
Aunque las histonas son herramientas vitales para mantener la estructura de los cromosomas y controlar la actividad de los genes en eucariotas y microorganismos llamados arqueas, durante años se supuso ampliamente que no existían en las bacterias.
A medida que se dispuso de más secuencias del genoma bacteriano, el descubrimiento de secuencias características de las histonas desafió esa suposición 2 . “Pero nadie los había caracterizado ni realizado estudios funcionales”, dice Remus Dame, bioquímico y microbiólogo de la Universidad de Leiden en los Países Bajos. "Esto es definitivamente algo nuevo e interesante".
Estructura uniforme
Las histonas eucariotas son notablemente uniformes en su estructura y función, una consistencia que puede ser frustrante para los investigadores que desean estudiar la evolución de las histonas, dice la bioquímica Karolin Luger de la Universidad de Colorado Boulder. “Si quieres llegar al origen evolutivo, no puedes ir a un eucariota 'primitivo'”, dice. “Ya lo tiene todo”.
La falta de diversidad también plantea interrogantes para los biólogos sintéticos que buscan nuevas formas de controlar la expresión génica, dice Tobias Warnecke, biólogo evolutivo molecular del Imperial College London. “La composición fundamental de la cromatina y cómo funciona la expresión génica es muy similar entre los eucariotas y entonces empiezas a preguntarte, '¿eso es un accidente congelado?'”, dice. “¿Hay algo especial en las histonas que las hace únicas o podemos construir sistemas de una manera diferente?”
Exploraciones recientes de histonas arqueales han producido sistemas más diversos, y Warnecke y Antoine Hocher, un biólogo de sistemas también en el Imperial College, decidieron ver qué sorpresas podrían contener las proteínas bacterianas similares a las histonas. Junto con Luger y otros colaboradores, estudiaron las proteínas de dos especies que se pueden cultivar fácilmente en el laboratorio: el patógeno Leptospira interrogans y una bacteria depredadora llamada Bdellovibrio bacteriovorus . Este se infiltra en bacterias más grandes y las digiere desde adentro, cortando el ADN y las proteínas de su presa para usarlos como bloques de construcción para replicarse.
Cuando los investigadores aislaron la proteína histona de B. bacteriovorus y analizaron su estructura, tanto sola como mientras interactuaba con el ADN, se sorprendieron al descubrir que no se comportaba como ninguna histona conocida de arqueas o eucariotas. Las histonas bacterianas se unieron en pares que rodeaban la hebra de ADN. Largas cadenas de estos podrían actuar como un escudo alrededor del ADN, una marcada diferencia con su función en los eucariotas, en los que las histonas se agrupan para formar un carrete alrededor del cual se enrolla el ADN. “Me quedé impresionado”, dice Luger.
Proteínas protectoras
Es un hallazgo sorprendente, pero aún no está claro si esa estructura refleja cómo interactúan las histonas y el ADN en las células bacterianas, o si es un artefacto del trabajo con las proteínas aisladas en el laboratorio, dice Dame.
Por ahora, los investigadores solo pueden especular sobre qué podrían estar haciendo las histonas y cómo su modo de acción inusual podría ayudar a la bacteria a sobrevivir. Para B. bacteriovorus , las histonas podrían estar protegiendo al ADN de recoger fragmentos perdidos de los genomas fragmentados de su presa, dice Warnecke.
La bacteria también es conocida por tener un ADN apretado durante su fase de natación libre, antes de infectar a su presa, señala Géraldine Laloux, microbióloga de la Universidad Católica de Lovaina en Bélgica. “Nos hemos estado preguntando qué impulsa esta compactación tan fuerte y cómo se descompacta”, dice Laloux. "Esta forma única de unir el ADN podría aportar nuevos conocimientos sobre esto".
Como parte de su estudio, los investigadores examinaron miles de genomas bacterianos. Encontraron proteínas similares a las histonas en aproximadamente el 2% de los genomas, lo que sugiere que habrá muchos otros sistemas para estudiar. "La gente se entusiasmó y dijo 'oh, se suponía que las bacterias no tenían histonas'", dice Warnecke. “Pero si trabajas en la evolución microbiana, sabes que si buscas lo suficiente, encontrarás algo”.
En una preimpresión publicada en bioRxiv el 26 de enero, los investigadores informan sobre la caracterización de proteínas llamadas histonas que, en dos especies bacterianas, parecen unirse para cubrir regiones del cromosoma 1 bacteriano . Esto es completamente diferente de la disposición de las histonas que se observa en otros organismos. Por ejemplo, en los organismos llamados eucariotas, cuyas células tienen un núcleo delimitado por una membrana, el ADN se enrolla alrededor de las histonas, en lugar de estar encerrado por ellas.
Aunque las histonas son herramientas vitales para mantener la estructura de los cromosomas y controlar la actividad de los genes en eucariotas y microorganismos llamados arqueas, durante años se supuso ampliamente que no existían en las bacterias.
A medida que se dispuso de más secuencias del genoma bacteriano, el descubrimiento de secuencias características de las histonas desafió esa suposición 2 . “Pero nadie los había caracterizado ni realizado estudios funcionales”, dice Remus Dame, bioquímico y microbiólogo de la Universidad de Leiden en los Países Bajos. "Esto es definitivamente algo nuevo e interesante".
Estructura uniforme
Las histonas eucariotas son notablemente uniformes en su estructura y función, una consistencia que puede ser frustrante para los investigadores que desean estudiar la evolución de las histonas, dice la bioquímica Karolin Luger de la Universidad de Colorado Boulder. “Si quieres llegar al origen evolutivo, no puedes ir a un eucariota 'primitivo'”, dice. “Ya lo tiene todo”.
La falta de diversidad también plantea interrogantes para los biólogos sintéticos que buscan nuevas formas de controlar la expresión génica, dice Tobias Warnecke, biólogo evolutivo molecular del Imperial College London. “La composición fundamental de la cromatina y cómo funciona la expresión génica es muy similar entre los eucariotas y entonces empiezas a preguntarte, '¿eso es un accidente congelado?'”, dice. “¿Hay algo especial en las histonas que las hace únicas o podemos construir sistemas de una manera diferente?”
Exploraciones recientes de histonas arqueales han producido sistemas más diversos, y Warnecke y Antoine Hocher, un biólogo de sistemas también en el Imperial College, decidieron ver qué sorpresas podrían contener las proteínas bacterianas similares a las histonas. Junto con Luger y otros colaboradores, estudiaron las proteínas de dos especies que se pueden cultivar fácilmente en el laboratorio: el patógeno Leptospira interrogans y una bacteria depredadora llamada Bdellovibrio bacteriovorus . Este se infiltra en bacterias más grandes y las digiere desde adentro, cortando el ADN y las proteínas de su presa para usarlos como bloques de construcción para replicarse.
Cuando los investigadores aislaron la proteína histona de B. bacteriovorus y analizaron su estructura, tanto sola como mientras interactuaba con el ADN, se sorprendieron al descubrir que no se comportaba como ninguna histona conocida de arqueas o eucariotas. Las histonas bacterianas se unieron en pares que rodeaban la hebra de ADN. Largas cadenas de estos podrían actuar como un escudo alrededor del ADN, una marcada diferencia con su función en los eucariotas, en los que las histonas se agrupan para formar un carrete alrededor del cual se enrolla el ADN. “Me quedé impresionado”, dice Luger.
Proteínas protectoras
Es un hallazgo sorprendente, pero aún no está claro si esa estructura refleja cómo interactúan las histonas y el ADN en las células bacterianas, o si es un artefacto del trabajo con las proteínas aisladas en el laboratorio, dice Dame.
Por ahora, los investigadores solo pueden especular sobre qué podrían estar haciendo las histonas y cómo su modo de acción inusual podría ayudar a la bacteria a sobrevivir. Para B. bacteriovorus , las histonas podrían estar protegiendo al ADN de recoger fragmentos perdidos de los genomas fragmentados de su presa, dice Warnecke.
La bacteria también es conocida por tener un ADN apretado durante su fase de natación libre, antes de infectar a su presa, señala Géraldine Laloux, microbióloga de la Universidad Católica de Lovaina en Bélgica. “Nos hemos estado preguntando qué impulsa esta compactación tan fuerte y cómo se descompacta”, dice Laloux. "Esta forma única de unir el ADN podría aportar nuevos conocimientos sobre esto".
Como parte de su estudio, los investigadores examinaron miles de genomas bacterianos. Encontraron proteínas similares a las histonas en aproximadamente el 2% de los genomas, lo que sugiere que habrá muchos otros sistemas para estudiar. "La gente se entusiasmó y dijo 'oh, se suponía que las bacterias no tenían histonas'", dice Warnecke. “Pero si trabajas en la evolución microbiana, sabes que si buscas lo suficiente, encontrarás algo”.
