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El diseño de la vida en nuestro planeta suele estar escrito por moléculas de ADN que utilizan el alfabeto genético de cuatro letras. Pero algunos virus portadores de virus llevan diferentes letras Z alrededor de su ADN, lo que puede ayudarlos a sobrevivir. Y una nueva investigación muestra que es mucho más común de lo que se pensaba.
Varios documentos nuevos describen cómo esta extraña letra química se vuelve viral ADN:«Los investigadores han demostrado ahora que el genoma Z es mucho más común en los virus que invaden las bacterias en todo el mundo, e incluso puede haber evolucionado para ayudar a los patógenos a sobrevivir en las duras y calurosas condiciones de nuestros primeros días». planeta:,
En: Tres separar Estudios: publicado en la revista Science el jueves (29 de abril).
El ADN casi siempre se compone del mismo alfabeto de cuatro letras de compuestos químicos conocidos como nucleótidos: guanina (G), citosina (C), timina (T) և adenina (A). Una molécula de ADN está formada por dos hebras de estos productos químicos que están unidas por una doble hélice. El alfabeto del ADN es el mismo, ya sea la codificación de ranas, humanos o plantas en una ventana, pero las instrucciones son diferentes. La molécula de ARN usa casi el mismo alfabeto, pero usa uracilo (U) en lugar de timina.
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En 1977, un grupo de científicos en Rusia descubrió por primera vez que era un cianófago, o un virus: que invade un grupo bacterias conocida como cianobacterias, ha reemplazado a todos sus químicos 2-aminoaden (Z). En otras palabras, en la mayoría de los organismos de nuestro planeta, el alfabeto genético, que generalmente consiste en ATCG, era ZTCG en estos virus.
Este ha sido un descubrimiento vertiginoso durante décadas. Tan extraño como escribir «zpples» և, se sabía poco acerca de cómo la sustitución de esta letra podría afectar al virus. A finales de la década de 1980, los investigadores descubrieron que este nucleótido Z le daba al virus algunos beneficios. Era más estable a temperaturas más altas, lo que ayudaba a unir una sola hebra de ADN con mayor precisión después de la replicación a una segunda hebra de ADN (el ADN es de doble hebra). և El ADN-Z podría resistir ciertas proteínas en bacterias que normalmente destruirían el ADN viral.
Ahora, en Francia և China, dos grupos de investigación han descubierto otra pieza del rompecabezas. ¿Cómo aparece este nucleótido Z en los genomas de los bacteriófagos, virus que invaden las bacterias y las utilizan para replicar sus máquinas?
Fábrica:
Los tres grupos de investigación, utilizando diferentes técnicas genómicas, identificaron parte de la vía que conduce al genoma Z en bacteriófagos.
Los primeros dos grupos encontraron dos proteínas básicas conocidas como PurZ և PurB, que están involucradas en la formación del nucleótido Z. Cuando un cianófago inyecta su ADN en una bacteria para reproducirse, tiene lugar una serie de transformaciones. Estas dos proteínas forman la molécula ZZ anterior y luego convierten la molécula Z anterior en un nucleótido Z. Luego, otras proteínas lo modifican para que pueda incorporarse al ADN.
El tercer grupo identificó la enzima responsable de recolectar nuevas moléculas de ADN de la molécula de ADN original. ADN polimerasa conocida como DpoZ. Descubrieron que esta enzima excluye específicamente el nucleótido A y siempre agrega Z en su lugar.
Se sabe desde hace décadas que el genoma Z existe en una sola especie de cianobacterias. «La gente creía que este genoma Z era muy raro», dijo Suwen Hao, profesor asistente de la Escuela de Ciencias de la Vida y Tecnología de la Universidad ShanghaiTech y autor principal de uno de los estudios.
Su equipo analizó secuencias de fagos con el genoma Z y las comparó con otros organismos. Descubrieron que el genoma Z era en realidad mucho más común de lo que se pensaba. El genoma Z se encontró en más de 200 tipos diferentes de bacteriófagos.
El fago que lleva este genoma Z «puede considerarse otra forma de vida», dijo Pierre Alexandre Kaminsky, investigador del Instituto Pasteur en Francia y otro autor principal y tercer coautor del estudio. Pero «es difícil saber el origen exacto», es necesario estudiar cuánta esta proteína PurZ está presente en los bacteriófagos, և tal vez incluso en los organismos.
Kaminsky և su grupo fue analizado evolutivo En la historia de la proteína PurZ եց, se descubrió que estaba relacionada con la antigua proteína PurA, que sintetiza el nucleótido A. Este vínculo evolutivo «distante» plantea la pregunta de si las proteínas involucradas en la formación de nucleótidos Z se formaron en bacterias, eventualmente se adaptaron a los virus, o con más frecuencia en las formas tempranas de vida planetaria, quizás incluso dentro de las células, dijo Michael Graham. Արեն Faren Isaac de la Universidad de Yale, que no participó en el estudio, escribió en un artículo prospectivo relacionado, que también se publicó en la revista. Ciencias: el 29 de abril.
Escriben que PurZ և DpoZ a menudo se heredan juntos, lo que sugiere que los genomas Z coexistieron con el ADN normal desde los primeros días de vida en nuestro planeta hasta hace 3.500 millones de años. Además, un análisis de un meteorito en la Antártida en 1969 reveló el nucleótido Z, que está próximo a algunos posibles nucleótidos no estándar de origen extraño, «aumentando el posible papel de Z en la vida temprana».
El futuro.
Es posible que este genoma Z, si existiera al comienzo de la historia de nuestro planeta, pudiera dar preferencia a los primeros huevos de la vida. «Creo que es mejor para los primeros organismos del genoma Z sobrevivir en un ambiente cálido y hostil», dijo.
El genoma Z es muy estable. Cuando dos hebras de ADN normal se unen para formar una doble hélice, ambas hidrógeno los enlaces unen A a T, y los tres enlaces de hidrógeno unen G a C. Pero cuando A es reemplazado por Z, tres enlaces de hidrógeno los unen para fortalecer el enlace. Este es el único ADN anormal que cambia el enlace de hidrógeno, dijo Kaminski.
No es sorprendente que el genoma Z no sea común en las especies de hoy. El genoma Z produce ADN muy estable pero no flexible. Para muchos eventos biológicos, como la replicación del ADN, tenemos que desmantelar el duplicado, լրացուցիչ el enlace de hidrógeno adicional dificulta el desmantelamiento, dice. «Creo que es más adecuado para un ambiente caluroso y hostil, pero no este ambiente más cómodo en este momento», dijo.
Aún así, la estabilidad del genoma Z lo convierte en un candidato ideal para ciertas tecnologías. Ahora que los investigadores saben qué proteínas usa el virus para producir estos genomas Z, los científicos pueden hacerlo ellos mismos. «Ahora podemos escalar el genoma Z», dijo.
Por ejemplo, el genoma Z podría ayudar a mejorar la terapia con fagos, que es un tratamiento para las infecciones bacterianas, generalmente cuando las bacterias son resistentes a los antibióticos, dice. O bien, podría usarse para mejorar la longevidad y la capacidad objetivo de las cadenas de ADN utilizadas en la terapia génica, según un artículo prospectivo. Además, los investigadores pueden estudiar qué puede suceder si el genoma Z se incorpora a las células para mejorar la función celular, según un artículo prospectivo.
Pero dijo que todavía hay muchas preguntas sin respuesta sobre el genoma Z. Por ejemplo, espera comprender si su estructura 3D es diferente del ADN normal, mientras que Kaminsky espera explorar más a fondo los beneficios de este genoma Z para el bacteriófago, en lugar de ayudarlo a evitar las proteínas bacterianas.
No se sabe si el genoma Z también puede formar hebras de ARN relativas en el ADN, según un artículo prospectivo. Ni siquiera está claro si este genoma Z puede incluirse en los genes del huésped bacteriano del virus. A partir de estos estudios, está claro que el genoma Z es más común de lo que pensábamos և probablemente tiene una historia evolutiva muy interesante.
Publicado originalmente en Live Science.
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