Un nuevo estudio añade más profundidad a la cuestión de la información

Jonathan M.

Ya antes en el blog de Notas y Reseñas he descrito diversos extraordinarios rasgos —y las características de ajuste fino— del código genético que aparece en la naturaleza. Un nuevo estudio, publicado en la revista Nature y llevado a cabo por un equipo de investigación en la Universidad de California en San Francisco, identifica un nivel adicional y hasta ahora desconocido de información asociada con el código genético.

Concentrándose en la bacteria Gram-positiva Bacillus subtilis y en la bacteria Gram negativa Escherichia coli, los investigadores usaron un método conocido como perfilado del ribosoma (un método para determinar la posición de un ribosoma enlazado con un ARNm) para extraer conclusiones acerca de la velocidad de la síntesis de las proteínas.

El código genético convencional se compone de 20 diferentes aminoácidos, que se corresponden con 64 tripletes de nucleótidos llamados codones. Como hay muchos más codones que aminoácidos, esto significa que hay un elemento de redundancia porque los aminoácidos pueden especificarse mediante múltiples codones. Como ya he indicado en la entrada antes mencionada, esta redundancia permite el ajuste fino del código genético para minimizar los errores.

Bacillus subtilis (izquierda) y Escherichia coli (derecha), las bacterias objeto de este estudio.

Este nuevo estudio explica que «la redundancia en el código genético permite que la misma proteína sea traducida a diferentes velocidades». en otras palabras, incluso las llamadas sustituciones silentes (es decir, aquellas mutaciones que cambian un nucleótido por otro sin cambiar el aminoácido especificado por el codón) pueden tener una incidencia en la velocidad de traducción de la proteína producida.

Los investigadores encontraron que los genes que contenían una clase particular de secuencias involucradas en el enlace con el ribosoma —conocidas como secuencias de Shine-Dalgarno—, traducidas a su producto proteínico a una velocidad inferior que otros genes que contienen diferentes genes especificando los mismos aminoácidos. También demostraron que de hecho se pueden introducir pausas en la traducción cuando se introducen estas secuencias de Shine-Dalgarno en los genes.

Los autores dicen:

Los factores tipo Shine-Dalgarno-(SD) dentro de las secuencias codificantes causan unas pausas generalizadas en la traducción. Usando un ribosoma ortogonal que posee una secuencia anti-SD alterada, demostramos que las pausas se deben a la hibridación entre el ARNm y el ARN ribosómico 16S del ribosoma traductor. En las secuencias codificantes de proteínas, las secuencias SD internas quedan desfavorecidas, lo que lleva a un uso sesgado, con la evitación de codones y de pares de codones que se parezcan a sitios SD canónicos. Nuestros resultados indican que las secuencias tipo SD constituyen un determinante principal de las velocidades de traducción y una fuerza impulsora global para la codificación de los genomas bacterianos. [Se omiten las referencias internas.]

¿Cuál podría ser el significado funcional de un mecanismo como este para hacer pausar el ribosoma? Los autores observan:

La observación de que la capacidad de los ribosomas de elongación para interaccionar con secuencias tipo SD está sumamente conservada sugiere que este mecanismo de pausado es explotado con fines funcionales. De hecho, existe un sitio SD interno sumamente conservado en el gen codificante del factor de liberación 2 de cadenas peptídicas (RF2). Esta secuencia tiene una importante función en la promoción de un desplazamiento de marco de traducción para habilitar su expresión. Además, el pausado en sitios internos tipo SD podría modular el plegado cotranslacional. Observamos sitios SD internos y pausas cerca del codón de terminación de péptidos guía de atenuación de la transcripción, incluyendo los trpL y thrL. En contraste con el paro del ribosoma en codones de regulación durante la carencia, una traducción lenta cerca del codón de terminación podría proteger elementos estructurales alternativos de ARNm para impedir la formación de tallos en bucle de antiterminación, con lo que se asegura una terminación apropiada de la transcripción. Nuestro planteamiento y los datos globales del genoma constituyen la base para futuros estudios funcionales del pausado translacional gen-específico.

La observación de que las sustituciones silentes de pares de bases sinónimas pueden tener una relevancia funcional para la expresión genética puede desvalorizar un argumento que se presenta con frecuencia como soporte de la tesis de la descendencia común, es decir, el argumento de que, en los genes compartidos entre diferentes taxones, una mayor frecuencia de sustituciones sinónimas compartidas (que se suponía que eran funcionalmente carentes de significado) respecto a lo predicho bajo la suposición de una evolución neutral, implicaría necesariamente una descendencia común.

Al ir ahondando nuestro conocimiento y nuestra comprensión de la elegante maquinaria, de los sofisticados mecanismos y de los sistemas de procesamiento de información existentes en los sistemas vivos, tanto más nos sobrecoge un enorme sentimiento de maravilla ante el absoluto portento de la ingeniería que conforma la vida física.

Un sistema de códigos multidimensional tan extraordinario tiene que haber surgido, sin ningún género de dudas, por medio de una programación y diseño inteligentes. Según vayamos aprendiendo más y más en años venideros acerca de los pasmosos sistemas de información esenciales para la vida, la realidad de un diseño deliberado de estos sistemas se hará sin duda aún más incuestionable.

Fuente: Evolution News – A New Study Adds Further Depth to the Information Story 30/03/2012
Redacción: Jonathan M © 2012 – www.evolutionnews.org
Traducción y adaptación: Santiago Escuain — © SEDIN 2012 – www.sedin.org

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