Revista de Divulgación Científico-Tecnológica del Gobierno del Estado de Morelos

Lo conocido de los desconocidos microbios llamados “Arqueas”

Dr. Ernesto Pérez Rueda / Esta dirección de correo electrónico está protegida contra spambots. Usted necesita tener Javascript activado para poder verla.
Instituto de Biotecnología de la Universidad Nacional Autónoma de México, campus Morelos.
Archivo: Biotecnología

El término Arquea proviene del griego arjaía que significa "las antiguas". Las Arqueas, en conjunto con las Bacterias y los Eucariotes constituyen los tres dominios celulares del árbol universal de la vida, en el cual se incluyen cuatro grupos principales: Euryarchaeaota, Crenarchaeota, Nanoarchaeota y Koryrachaeota, de los cuales los dos primeros son los que han sido principalmente estudiados dada su facilidad de crecer en el laboratorio y a sus propiedades biotecnológicas. Por ejemplo, organismos del género Methanococcus se utilizan en la producción de biogas. Hasta hace algunos años, las arqueas eran únicamente consideradas como organismos extremófilos, es decir, que habitan en ambientes extremos, como lagos con altas concentraciones de sales, o en sitios con altas temperaturas, como en las chimeneas submarinas. Sin embargo, recientemente se les han encontrado en una gran diversidad de hábitats, como en suelos y océanos, donde son muy abundantes y donde juegan un papel muy importante en los ciclos del carbono y del nitrógeno, e inclusive se les han encontrado en el cuerpo humano, en donde se les ha asociado a padecimientos como la gingivitis.
En resumen, los organismos incluidos en este grupo son tan antiguos, que se han fechado fósiles de estas células de hace casi 3 mil 500 millones de años, y se podrían describir como alebrijes biológicos, debido a que contienen elementos moleculares que son compartidos con otros organismos, tanto con las bacterias como con los eucariotes.
      Así, en el laboratorio estamos intentando entender como es que estos sistemas celulares han evolucionado hasta su organización actual. La relación con otros organismos y que previamente mencionamos se basa en que las arqueas presentan una estructura celular y metabólica muy parecida al de las bacterias, mientras que los elementos involucrados en la expresión genética son muy similares al de los eucariotes, consecuencia de su cercanía evolutiva. Por ejemplo, las arqueas y los eucariotes comparten lo que se denomina una secuencia TATA (que es el sitio en el ADN donde se ancla la maquinaria basal de transcripción), así como la ARN polimerasa que contiene entre 8 y 13 subunidades (el complejo proteico encargado de sintetizar los ARN mensajeros).
En contraste, los ARN mensajeros (aquellas moléculas de ácido ribonucleico que son leídas por los ribosomas para generar proteínas) son estructuralmente similares a su contraparte bacteriana, es decir varios genes son contenidos en la misma cadena de ARN y más importante aún, es el hecho de que la mayoría de los Factores Transcripcionales o FTs identificados hasta el momento, son similares a los descritos en las bacterias.
         Inclusive, se han descrito muy pocos casos de reguladores tipo Eucariotes en las arqueas. En general, la forma en que estos elementos proteicos trabajan podría explicarse de manera similar a como lo hacen los semáforos, así, la expresión de un gene debe darse cuando una señal esta presente (verde en el semáforo) mientras que cuando esta ausente o se agota la señal el gene debe silenciarse (rojo en el semáforo). De esta manera, la señal de encendido y apagado esta finamente regulada por dichos FTs y las cuales estamos estudiando desde un punto de vista evolutivo y funcional.
Una pregunta que intentamos contestar en el laboratorio es ¿cómo coordinan la expresión genética las Arqueas, donde convergen elementos bacterianos y eucariotes?.
La forma en como hemos abordado esta pregunta es mediante la utilización de enfoques computacionales o lo que se conoce como “bioinformática” que no es otra cosa que utilizar los conocimientos generados por las Ciencias Computacionales para analizar la información que se genera en biología y que cada vez es más, dado los proyectos de secuenciación masiva. En breve, utilizando la información de los genomas completos (contenido de ADN que incluye tanto a los cromosomas como a los plásmidos) y la bioinformática, hemos identificado y analizado diversos elementos proteicos o FTs, a nivel de la secuencia de aminoácidos.
          De estos análisis, se desprenden diversos e interesantes resultados, como por ejemplo, el aparente déficit de FTs en comparación con las bacterias de un tamaño similar, es decir, las arqueas no tienen tantos FTs como se esperaba, b) hay un número considerable de este tipo de proteínas de tamaño pequeño, y c) hay una alta proporción de homólogas (mismo origen evolutivo) a proteínas bacterianas más que a proteínas de eucariotes, lo que sugiere que los elementos reguladores son típicamente bacterianos. De acuerdo a estas observaciones planteamos que “para contender la aparente la falta de proteínas que se dedican a regular la expresión genética en las arqueas, estas proteínas formarían diversos complejos multiméricos como ocurre en los eucariotes y dependiendo de cuál sea el complejo formado, los sitios blanco en el ADN serán diferentes”.
        Cabe mencionar que hay diversas evidencias que apoyan esta hipótesis, tal como la formación de complejos proteicos para FTs, con diferente tamaño en función del ambiente, descrita en dos organismos que crecen en altas temperaturas, Pyrococcus furiosus y Sulfolobus solfataricus.
Ahora bien, en el laboratorio estamos intentando encontrar más evidencias funcionales que apoyen nuestra hipótesis e intentando dilucidar el papel funcional de dichas proteínas en un contexto más amplio, utilizando el enfoque de correlaciones funcionales y que hace uso de la organización de los genes en los cromosomas, de su conservación en diferentes organismos, y de su organización a nivel proteico, entre otras características.
         En el proyecto intentamos entender como los reguladores de la expresión genética en las Arqueas están acoplados funcionalmente a elementos bacterianos y eucariotes, lo que nos permitirá entender como es que funciona este andamiaje molecular donde intervienen proteínas, genes y señales ambientales, para posteriormente manipularlos biotecnológicamente.
Finalmente, en el grupo se consolida la línea de investigación en el área de bioinformática y ofrece la oportunidad de explotar este nicho de investigación en el país.

 


Semblanza


El Dr. Ernesto Pérez Rueda (http://openwetware.org/wiki/User:Ernesto_Perez-Rueda) obtuvo el grado de Doctor en Ciencias Biomédicas por la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), institución en la que ha desarrollado su carrera científica, desde el 2004. Su trabajo de investigación se centra en entender los mecanismos de la expresión genética en Bacterias y Arqueas utilizando la información derivada de los proyectos de secuenciación y recientemente, en el estudio de los mecanismos evolutivos del metabolismo celular. Pertenece al Sistema Nacional de Investigadores Nivel I desde el 2001.