La historia de la vida escrita en el ARN de transferencia
El ARN de transferencia es una molécula antigua, un elemento central de las tareas que realiza una célula y por lo tanto, esencial para la vida. Un nuevo estudio de la Universidad de Illinois indica que también es un gran historiador, ya que preserva algunos de los más antiguos y profundos acontecimientos evolutivos dentro de su estructura.
El estudio, co-escrito por Gustavo Caetano-Anollés y el investigador postdoctoral-Feng Jie Sun, apareció el 7 de Marzo en PLOS Computational Biology.
De los miles de ARN's hasta el momento identificados, el ARN de transferencia (ARNt) es el más directo intermediario entre los genes y las proteínas. Al igual que muchos otros ARN's (ácidos ribonucleicos), el tRNA ayuda a la traducción de los genes en las cadenas de aminoácidos que componen las proteínas. Con la ayuda de una enzima muy bien orientada, cada molécula del tRNA reconoce su “cerradura” en un determinado aminoácido y lleva la proteína necesaria para el proceso. Con el fin de añadir con éxito su aminoácidos al final de un cada vez mayor cadena de proteínas, los tRNA también deben leer con precisión un sistema de codificación del segmento de ARN mensajero, que da las instrucciones para la secuencia exacta de aminoácidos en la proteína.
El hecho de que el tRNA sea tan báscio para la tarea de construir las proteínas significa probablemente que tiene esa función desde hace mucho tiempo, dijo Caetano-Anollés. Su investigación se inició con una intuición, que la comprensión de las propiedades estructurales del tRNA podía arrojar luz sobre cómo los organismos y virus han evolucionado.
"Quizás en la evolución hay cosas que son tan fundamentales que se mantienen, que se han mantenido, por millones o incluso miles de millones de años", dijo Caetano-Anollés. "Esos son los fósiles moleculares, que nos dicen cosas sobre el pasado.
"Por lo tanto, el estudio de estas moléculas pueden darnos respuestas a cuestiones fundamentales sobre biología y evolución."
Todos los tRNAs se reúnen a sí mismos en una forma que, si fuera aplanada, se asemejaría a un trébol. El equipo comenzó por buscar patrones en esta estructura de trébol, con datos detallados de cientos de moléculas que representan los virus y cada uno de los tres super reinos de la vida: arqueas, bacterias y eucarias.
Los investigadores transformaron todos los rasgos distintivos de cada uno de los tréboles de tRNA de las estructuras de los caracteres codificados, un proceso que permitió una búsqueda de los elementos más simples del arbol genealógico del tRNA. Se llevó a cabo el mismo análisis sobre los tRNAs de cada uno de las super reinos para ver hasta qué punto estas agrupaciones eran divergentes de los árboles en general. Esta comparación les permitió determinar el orden en que los virus y cada uno de los super reinos divergían.
El nuevo análisis apoya un estudio anterior que sugiere que las arqueas fueron las primeros en desarrollarse como un grupo distinguible evolutivamente. Las arqueas son microbios que pueden sobrevivir a temperaturas de ebullición, en ácidos, cerca de fuentes sulfurosas de ventilación en los océanos o en otros ambientes extremos. El estudio anterior, también dirigido por Caetano-Anollés, analizó el gran catálogo de los pliegues de las proteínas - precisamente lo que configura las regiones en las proteínas que les dan sus funciones - como una guía de historia evolutiva.
"Los datos del ARN de transferencia coinciden con nuestros datos anteriores," dijo Caetano-Anollés. "Esto es importante porque dos líneas de pruebas independientes se están apoyando la una a la otra"
El nuevo análisis también indica que los virus no surgieron mucho después de las arqueas, y que los super reinos de las eucarias y las bacterias vinieron después, mucho más tarde - y en ese orden. Este hallazgo puede influir en el debate en curso sobre si los virus existían antes o después, de la aparición de células vivas, dijo Caetano-Anollés.
"Esto apoya la idea de que el virus surgió del reino celular", dijo.
El estudio, co-escrito por Gustavo Caetano-Anollés y el investigador postdoctoral-Feng Jie Sun, apareció el 7 de Marzo en PLOS Computational Biology.
De los miles de ARN's hasta el momento identificados, el ARN de transferencia (ARNt) es el más directo intermediario entre los genes y las proteínas. Al igual que muchos otros ARN's (ácidos ribonucleicos), el tRNA ayuda a la traducción de los genes en las cadenas de aminoácidos que componen las proteínas. Con la ayuda de una enzima muy bien orientada, cada molécula del tRNA reconoce su “cerradura” en un determinado aminoácido y lleva la proteína necesaria para el proceso. Con el fin de añadir con éxito su aminoácidos al final de un cada vez mayor cadena de proteínas, los tRNA también deben leer con precisión un sistema de codificación del segmento de ARN mensajero, que da las instrucciones para la secuencia exacta de aminoácidos en la proteína.
El hecho de que el tRNA sea tan báscio para la tarea de construir las proteínas significa probablemente que tiene esa función desde hace mucho tiempo, dijo Caetano-Anollés. Su investigación se inició con una intuición, que la comprensión de las propiedades estructurales del tRNA podía arrojar luz sobre cómo los organismos y virus han evolucionado.
"Quizás en la evolución hay cosas que son tan fundamentales que se mantienen, que se han mantenido, por millones o incluso miles de millones de años", dijo Caetano-Anollés. "Esos son los fósiles moleculares, que nos dicen cosas sobre el pasado.
"Por lo tanto, el estudio de estas moléculas pueden darnos respuestas a cuestiones fundamentales sobre biología y evolución."
Todos los tRNAs se reúnen a sí mismos en una forma que, si fuera aplanada, se asemejaría a un trébol. El equipo comenzó por buscar patrones en esta estructura de trébol, con datos detallados de cientos de moléculas que representan los virus y cada uno de los tres super reinos de la vida: arqueas, bacterias y eucarias.
Los investigadores transformaron todos los rasgos distintivos de cada uno de los tréboles de tRNA de las estructuras de los caracteres codificados, un proceso que permitió una búsqueda de los elementos más simples del arbol genealógico del tRNA. Se llevó a cabo el mismo análisis sobre los tRNAs de cada uno de las super reinos para ver hasta qué punto estas agrupaciones eran divergentes de los árboles en general. Esta comparación les permitió determinar el orden en que los virus y cada uno de los super reinos divergían.
El nuevo análisis apoya un estudio anterior que sugiere que las arqueas fueron las primeros en desarrollarse como un grupo distinguible evolutivamente. Las arqueas son microbios que pueden sobrevivir a temperaturas de ebullición, en ácidos, cerca de fuentes sulfurosas de ventilación en los océanos o en otros ambientes extremos. El estudio anterior, también dirigido por Caetano-Anollés, analizó el gran catálogo de los pliegues de las proteínas - precisamente lo que configura las regiones en las proteínas que les dan sus funciones - como una guía de historia evolutiva.
"Los datos del ARN de transferencia coinciden con nuestros datos anteriores," dijo Caetano-Anollés. "Esto es importante porque dos líneas de pruebas independientes se están apoyando la una a la otra"
El nuevo análisis también indica que los virus no surgieron mucho después de las arqueas, y que los super reinos de las eucarias y las bacterias vinieron después, mucho más tarde - y en ese orden. Este hallazgo puede influir en el debate en curso sobre si los virus existían antes o después, de la aparición de células vivas, dijo Caetano-Anollés.
"Esto apoya la idea de que el virus surgió del reino celular", dijo.
Diana Yates para UIUC
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