Un estudi de l'IRB Barcelona contribueix a explicar les diferències entre els genomes de les espècies

Arbre filogenètic de les espècies analitzades segons la composició dels seus genomes que les separa per Archaea, Bacteria i Eukarya. L'arbre mostra que l'aparició d'uns enzims ha estat un factor de pressió evolutiva per a la separació de les espècies.

Arbre filogenètic de les espècies analitzades segons la composició dels seus genomes que les separa per Archaea, Bacteria i Eukarya. L'arbre mostra que l'aparició d'uns enzims ha estat un factor de pressió evolutiva per a la separació de les espècies.

  • <p>Arbre filogenètic de les espècies analitzades segons la composició dels seus genomes que les separa per Archaea, Bacteria i Eukarya. L'arbre mostra que l'aparició d'uns enzims ha estat un factor de pressió evolutiva per a la separació de les espècies.</p>
  • <p>Els investigadors Lluís Ribas i Eva Novoa</p>

Totes les espècies de la terra estan dividides en tres grans dominis: Archae, Bacteria i Eukarya, i des de l’inici de la vida, fa més de 3.000 milions d’anys, els genomes per a cada grup han anat canviant contínuament i evolucionat cap a estructures diferents que han afavorit la seva separació. Un estudi liderat per l’investigador ICREA a l’Institut de Recerca Biomèdica (IRB Barcelona), Lluís Ribas de Pouplana, cap de grup del Laboratori de Traducció Genètica, troba una explicació a l’evolució divergent dels genomes de les diferents espècies. Aquesta es deu a l’aparició i selecció d’uns enzims nous i específics per a Bacteria i Eukarya. La connexió entre la funció dels enzims i la composició dels genomes ofereix una nova resposta a la qüestió de l’evolució del codi genètic i explica el perquè de la diferència entre arqueobacteris, bacteris i eucariotes.

Els investigadors han analitzat la distribució i abundància dels gens de RNA de transferència (tRNA), un tipus d’RNA clau en la traducció de gens a proteïnes, en més de 500 espècies pertanyents als tres grans dominis. Fruit d’aquesta anàlisi s’ha descobert que l’activitat d’uns enzims de modificació dels tRNAs, que són diferents per a Bacteria i per a Eukaria -i que no tenen els Archaea-, ha influenciat l’estructura gènica i genòmica de bacteris i eucariotes. Aquest descobriment permet entendre millor la relació entre l'estructura dels genomes i la velocitat de fabricació de proteïnes a partir dels gens. Així, per exemple, com explica Ribas de Pouplana, “gens molt rics en triplets llegits per tRNAs modificats tenen nivells d’expressió molt alts. O dit a la inversa, quan més abundant és una proteïna en una cèl·lula, més triplets trobem en la seva seqüència gènica que poden ser llegits per tRNAs modificats. La nostra troballa permet entendre millor com funciona la maquinària de traducció i explica perquè els genomes per a cada gran grup d’espècies tenen una composició diferent de triplets.”

Aquest descobriment obre les portes a un ventall de possibles aplicacions. Una és en biotecnologia perquè el descobriment de la importància d’aquestes modificacions permetrà millorar la producció industrial de proteïnes: “Ara tenim un altre paràmetre per optimitzar la síntesi de proteïnes a partir d’un gen”, diu Eva Novoa, estudiant de doctorat amb una beca 2008 de "la Caixa" al laboratori de Ribas i primera autora de l’article. “Per donar només un exemple, la insulina humana la “fabriquem” en bacteris i el nostre descobriment permetria optimitzar-ne la producció si ara es té en compte l’activitat d’aquests enzims”. També pot aplicar-se a l’estudi del càncer: “és possible que aquests enzims de modificació estiguin sobre-representats en alguns tipus de càncer. De fet, tindria tot el sentit perquè les cèl·lules canceroses són molt eficients en la producció de proteïnes.”

L’article que es publica a Cell demostra com els organismes han evolucionat de manera diferent per adaptar-se millor i tenir una eficiència de traducció de proteïnes òptima. “No entenem exactament perquè apareixen aquests enzims, ni perquè són diferents per a bacteris i per a eucariotes, però està clar que són un factor que contribueix a la separació dels genomes d’ambdós grups. El codi genètic és el mateix però el què canvia és la importància relativa dels diferents triplets del codi. I això fa que el genoma per a aquests grups d’espècies comenci a ser molt diferent”, conclou Ribas.

INFORMACIÓ COMPLEMENTÀRIA (PDF)

Article de referència:

“A role for tRNA Modifications in Genome Structure and Codon Usage”.

Eva Maria Novoa, Mariana Pavon-Eternod, Tao Pan and Lluís Ribas de Pouplana.

Cell (2012): doi: 10.1016/j.cell.2012.01.050