El nuevo y misterioso ADN ‘Borg’ parece asimilar genes de diferentes organismos

En un patio trasero de California se han descubierto hebras misteriosas de ADN que aparentemente asimilan genes de muchos organismos diferentes en su entorno circundante.

Los científicos han llamado a estos elementos “Borgs”, y su descubrimiento podría ayudarnos no solo a comprender la evolución de los microorganismos, sino también sus interacciones dentro de sus ecosistemas y su papel en el entorno más amplio.

Según la geomicrobióloga Jill Banfield de la Universidad de California, Berkeley, Borgs podría ser un descubrimiento tremendamente significativo.

“No he estado tan entusiasmado con un descubrimiento desde CRISPR, ” ella dijo en twitter. “Encontramos algo enigmático que, como CRISPR, está asociado con genomas microbianos”.

Se ha cargado un documento que describe las estructuras en el servidor de preimpresión. bioRxiv, y actualmente espera revisión por pares

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El primero de los Borgs fue descubierto en el barro extraído del patio trasero de Banfield. Ella estaba trabajando con el genetista Basem Al-Shayeb de UC Berkeley para identificar virus que infectan microbios anóxicos conocidos como arqueas que viven en ambientes de humedales, Revista de ciencia informes.

El ADN ambiental es una forma excelente de identificar la variedad de organismos que habitan un ecosistema. Pero en su pala de barro, Banfield y Al-Shayeb encontraron algo gracioso: una estructura de ADN que consta de casi un millón de pares de bases. Eso es enorme.

Una mirada más cercana a la secuencia reveló aún más peculiaridades: más de la mitad de los genes eran nuevos; tenía secuencias reflejadas al final de cada hebra; y mostró estructuras consistentes con la capacidad de autorreplicarse.

Desconcertados, los investigadores recurrieron a las bases de datos de ADN para ver si podían encontrar algo más que se pareciera a su descubrimiento. Identificaron 19 secuencias que parecían encajar en el perfil.

No está claro cuáles son estas estructuras de ADN, pero ciertamente son fascinantes. Pertenecen a una clase de estructuras llamadas elementos extracromosómicos, o ECE, que se pueden encontrar fuera de los cromosomas que contienen la mayor parte del material genético de un organismo.

Los ECE son enormes y se auto-replican, y se pueden encontrar dentro o fuera de los núcleos celulares; Ejemplos incluyen plásmidos y ADN viral.

“No podemos probar que sean virus de arqueas, plásmidos o minicromosomas, ni tampoco podemos probar que no lo sean”. los investigadores escriben en su artículo

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Los Borgs son mucho más grandes que otras ECE, sin embargo, según Banfield: un tercio del tamaño de los microbios que los hospedan.

La secuenciación reveló que los Borg que encontraron tienen características en común con un género de arqueas llamado Methanoperedens que oxidan el metano, lo que sugiere que las estructuras podrían estar asociadas con esos microbios en particular. De hecho, los Borgs podrían estar críticamente involucrados en ese proceso.

Esto es de interés para científicos como Banfield, porque el proceso reduce la cantidad de metano en la atmósfera. Dado que el metano es un potente gas de efecto invernadero, aprender cómo lo conducen los microbios podría tener implicaciones para la ciencia del clima.

Sin embargo, Methanoperedens no se puede cultivar en un entorno de laboratorio – no todavía, de todos modos. Un problema con el ADN ambiental es que puede estar contaminado por otro material genético en el mismo ambiente.

De hecho, Borgs parece compartir muchas secuencias de genes de otros elementos y microbios; Los investigadores interpretan que esto significa que las ECE han absorbido y asimilado estos genes y elementos, de ahí el nombre, después de la raza alienígena de mente colmena de Star Trek.

Sin embargo, es posible que esos genes compartidos sean evidencia de contaminación ambiental. Hasta que Methanoperedens puede cultivarse en un laboratorio, aislado de esas influencias contaminantes, puede que no sea posible declarar definitivamente estas estructuras genéticas como un nuevo descubrimiento.

Sin embargo, el hallazgo es intrigante. Si los Borgs son reales, podrían aumentar la capacidad de Metanopederenos‘capacidad de oxidar el metano. Esto sugiere que podrían estar en juego procesos desconocidos y que estas ECE desempeñan un papel previamente desconocido en la regulación de la atmósfera.

“Los borgs portan numerosos genes metabólicos, algunos de los cuales producen variantes de proteínas de Methanoperedens que podrían tener distintas propiedades biofísicas y bioquímicas”. los investigadores escriben en su artículo.

“Suponiendo que estos genes se extienden y aumentan Methanoperedens metabolismo energético, Borgs puede tener consecuencias biogeoquímicas de gran alcance, incluida la reducción de los flujos de metano, con importantes e imprevistas implicaciones climáticas “.

Los hallazgos están disponibles en el sitio de preimpresión bioRxiv.

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