Un estudio del IRB Barcelona contribuye a explicar las diferencias entre los genomas de las especies

Todas las especies de la tierra están divididas en tres grandes dominios: Archaea, Bacteria y Eukarya, y desde el inicio de la vida hace más de 3.000 millones de años, los genomas para cada grupo han evolucionado hacia estructuras diferentes que han favorecido su separación. Un estudio liderado por el investigador ICREA en el Institut de Recerca Biomèdica (IRB Barcelona), Lluís Ribas de Pouplana, jefe de grupo del Laboratorio de Traducción Genética, halla una explicación a la evolución divergente de los genomas de las diferentes especies. Esta se debe a la aparición y selección de unos enzimas nuevos y específicos para Bacteria y Eukarya. La conexión entre la función de los enzimas y la composición de los genomas ofrece una nueva respuesta a la cuestión de la evolución del código genético y explica el porqué de la diferencia entre arqueobacterias, bacterias y eucariotas.

Los investigadores han analizado la distribución y abundancia de los genes de RNA de transferencia (tRNA), un tipo de RNA clave en la traducción de genes a proteínas, en más de 500 especies pertenecientes a los tres grandes dominios. A raíz de este análisis han descubierto que la actividad de unos enzimas, que son diferentes para Bacteria y para Eukaria -y que no tienen los Archeae- ha influenciado la estructura génica y genómica de bacterias y eucariotas. Este descubrimiento permite entender mejor la relación entre la estructura de los genomas y la velocidad de síntesis de proteínas a partir de los genes. Así, por ejemplo, como explica Ribas de Pouplana, “genes muy ricos en tripletes leídos por tRNAs modificados tienen niveles de expresión muy altos. O dicho de otro modo, cuanto más abundante es una proteína en una célula, más tripletes encontramos en la secuencia de esa proteína que pueden ser leídos por tRNAs modificados. Nuestro trabajo permite entender mejor cómo funciona la maquinaria de traducción y porqué los genomas para cada gran grupo de especies tienen una composición diferente de tripletes.”

Este descubrimiento abre las puertas a un abanico de posibles aplicaciones. Una es en biotecnología porque el conocimiento de la importancia de la función de estos enzimas permitirá mejorar la producción industrial de proteínas: “Ahora tenemos otro parámetro para optimizar la síntesis de proteínas a partir de un gen”, explica la primera firmante del artículo Eva Novoa, quien inició en 2008 su estudios de doctorado en el laboratorio de Ribas a través del Programa Internacional de Doctorado en Biomedicina de “la Caixa”. “Para dar sólo un ejemplo, la insulina humana la “fabricamos” en bacterias y nuestro descubrimiento permitirá optimizar la producción si tenemos en cuenta la actividad de estos enzimas” dice Novoa. También puede aplicarse al estudio del cáncer: “es posible que estos enzimas de modificación estén sobrerepresentados en algunos tipos de cáncer. De hecho, tendría todo el sentido porque las células cancerosas son muy eficientes en la producción de proteínas.”

El artículo que se publica en Cell demuestra como los organismos han evolucionado de manera diferente para adaptarse mejor y tener una eficiencia de traducción de proteínas óptima. “No entendemos exactamente porqué aparecen estos enzimas, ni porqué son diferentes para bacterias y eucariotas, pero está claro que son un factor que contribuye a la separación de los genomas de los dos grupos. El código genético es el mismo pero lo que cambia es la importancia relativa de los diferentes tripletes del código. Y esto hace que el genoma para estos grupos de especies empiece a ser muy diferente”, concluye Ribas.

INFORMACIÓN COMPLEMENTARIA (PDF)

Artículo de referencia:

“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