Un codón es un triplete de tres nucleótidos en ADN. Los genes se leen en estos codones de triplete, cada uno representa un aminoácido o una marca de «puntuación» a medida que se traduce el gen (61 de los 64 posibles tripletes en realidad codifican aminoácidos, los otros funcionan como «inicio» y «detener» codones). Esto es lo que hemos sabido desde la década de 1960. Ahora, sin embargo, dos científicos de la Universidad de Utah quieren complicar aún más las cosas.
Un artículo en Phys.org explica:
El llamado dogma central de la biología molecular establece el proceso para convertir la información genética en proteínas que las células pueden usar. «El ADN produce ARN», dice el dogma, «y el ARN produce proteínas». Cada proteína está compuesta de una serie de aminoácidos, y cada aminoácido está codificado por conjuntos de «tripletes», que son conjuntos de tres unidades informacionales de ADN, en el código genético
Los biólogos de la Universidad de Utah ahora sugieren que la conexión de los aminoácidos para producir proteínas en los ribosomas, las fábricas de proteínas de las células, puede estar influenciada por conjuntos de tres tripletes, un «triplete de tripletes» que proporcionan un contexto crucial para el ribosoma. [Énfasis añadido.]
Parece una idea disparatada, pero acaba de publicarse en Proceedings of the National Academy of Sciences. ¿Cuál podría ser el impacto de este «Caso para el código genético como triplete de tripletes»?
Se supone que la evolución neodarwinista funciona al mutar los codones de ADN, ya sea convirtiéndolos en «sinónimos» del codón anterior (es decir, produciendo el mismo aminoácido) o «no sinónimo» (es decir, poniendo un aminoácido diferente en su lugar) , pudiendo afectar la proteína resultante). Si los codones pudieran tratarse como entidades independientes sobre las que actua la selección natural, los darwinistas habrían entendido el desafío que tenían ante sí. Si estos investigadores están en lo cierto, lo que está en juego explotó.
Ya habíamos aprendido que los codones sinónimos no son verdaderamente idénticos, incluso si el mismo aminoácido entra en la proteína final. Al igual que los sinónimos en inglés con diferentes tipos de significado, los codones sinónimos pueden afectar el lenguaje genético. Pueden hacer esto al afectar la velocidad de transcripción, las modificaciones necesarias en el ARN de transferencia (ARNt) o la velocidad de traducción. Ese hallazgo proporcionó una razón para la redundancia en el código genético, donde un aminoácido puede representarse por uno a seis codones triplete diferentes. Este nuevo documento está de acuerdo:
Los cambios sinónimo conducirán a diferencias en las tasas de traducción que, especialmente cuando se usan diferentes ARNt, tienen diferentes eficacias de unión, abundancias y tasas de carga y dan como resultado estabilidades diferenciales de ARNm. Además, el mismo ARNt lee diferentes codones con diferentes eficiencias, como se determinó en un sistema de ensayo de velocímetro de traducción in vivo.
Encontrar esta funcionalidad adicional en esta redundancia en el código genético (llamado «degeneración») fue bastante interesante, pero ahora los evolucionistas se enfrentan a un nuevo desafío. Los autores del artículo PNAS, Hughes y Chevance, describen qué los llevó a examinar el contexto de cada codón triplete. Estaban jugando con los genes de un componente del flagelo bacteriano llamado FlgM cuando notaron algo interesante:
Cambiar el codón en un lado del codón defectuoso dio como resultado un aumento de 10 veces en la actividad de la proteína FlgM. Cambiar el codón en el otro lado resultó en una disminución de 20 veces. Y los dos cambios juntos produjeron un aumento de 35 veces. «Nos dimos cuenta de que estos dos codones, aunque separados por un codón, estaban hablando entre sí», dice Hughes. «El código efectivo podría ser un tríplete de tripletes».
Para entender el código genético, si esto es cierto, los genetistas tendrán que entender el contexto de cada triplete. Cada codón podría verse afectado por sus codones flanqueantes, creando resultados muy diferentes en términos de actividad genética.
Llegamos a la conclusión de que el reconocimiento de codones se inicia por el enlace de hidrógeno codón-anticodón entre la primera y la segunda base del codón traducido seguido de la detección del ajuste correcto en la base de oscilación y las interacciones de apilamiento de bases contribuidas por los dos codones anteriores y los ARNt unidos.
El problema de «triplete de tripletes» ayuda a entender por qué no se puede obtener fácilmente el mismo patrón de expresión sustituyendo una proteína vegetal o animal en una bacteria, un procedimiento de laboratorio llamado expresión heteróloga. Uno no solo juega con un codón particular y espera obtener el mismo resultado en un organismo diferente que tiene un contexto de expresión diferente. El codón particular utilizado afecta a los factores aguas abajo, incluidas las modificaciones del ARNt, que según los autores son extensas en todos los organismos.
También se ha demostrado que la modificación de especies de ARNt en E. coli varía con la fase de crecimiento de la célula. Los efectos específicos del contexto del codón podrían representar dominios de traducción de la vida basados en modificaciones del ARNt.
Comenzamos a ver qué podría hacer esto con la teoría neodarwiniana. Los autores no entran en detalles, pero emiten una advertencia ominosa en el último párrafo del documento:
La dificultad para la selección natural estaría en encontrar la optimización del codón para un gen específico. Si la velocidad a través de un codón depende de los codones flanqueantes 5 ‘y 3’, y los codones flanqueantes dependen de sus codones flanqueantes 5 ‘y 3’, la presión de selección sobre un codón individual se ejerce sobre cinco codones sucesivos, que representan 615 ó 844,596,301 combinaciones de codones. Si los ARNt modificados interactúan con las bases de una manera dependiente del contexto de codones que difiere entre especies dependiendo de las modificaciones en ARNt, secuencias de ribosomas y proteínas ribosómicas y del factor de traducción, es fácil entender por qué muchos genes están mal expresados en sistemas de expresión heterólogos. cuyo uso de codones es el factor principal en el diseño de secuencias codificantes para la expresión de proteínas extrañas. El impacto potencial de las diferencias en las modificaciones de RNAt representa un desafío significativo en el diseño de genes para la expresión máxima ya sea por selección natural o en el laboratorio.
El párrafo sobre la «importancia» de la hipótesis establece el desafío de manera sucinta:
«Los datos presentados aquí apoyan un modelo en el que la presión de selección evolutiva en un solo codón es más de cinco codones sucesivos, incluidos los codones sinónimos.
Cuanto más tenga que «pensar» la selección natural (si perdonan la expresión), menos capaz será de hacer las cosas bien. Más exactamente, va a tomar mucho más de lo que David Berlinski llama «pura suerte tonta» para encontrar un cambio beneficioso. Si hay 844,596,301 combinaciones de codones de las que preocuparse, es como tener que obtener muchos más números en Powerball de lo que creías cuando compraste tu boleto de lotería. Esto es lo que implican:
Las modificaciones del ARNt varían a lo largo de los tres reinos de la vida y podrían afectar el emparejamiento de codón-anticodón. Las diferencias en las modificaciones de ARNt podrían explicar las diferencias en los sesgos de codones sinónimos y los efectos del contexto de codones (la capacidad de traducir bases de triplete específicas en relación con codones vecinos específicos) en la traducción entre diferentes especies. Aquí, utilizando sistemas genéticos in vivo de Salmonella, demostramos que la traducción de un codón específico depende de la naturaleza de los codones que flanquean los lados 5 ‘y 3’ del codón traducido, generando así códigos genéticos de orden superior para proteínas que puede incluir pares de codones y tripletes de codones.
Será interesante ver cómo se desarrolla esta hipótesis. Un impacto inmediato será en la investigación sobre enfermedades genéticas. El esquema de codificación de triplete de tripletes podría explicar por qué los modelos de ratón de tratamientos de enfermedades no siempre se traducen bien en ensayos humanos: el contexto es diferente.
«Códigos genéticos de orden superior»: ¡Qué concepto! En realidad, los teorístas del Diseño Inteligente como Jonathan Wells han estado hablando de esto durante años.
Crédito de la imagen: lisichik via Pixabay
Artículo publicado originalmente en inglés por Evolution News
