Los científicos observan cómo las bacterias reparan el ADN roto en tiempo real para ver exactamente cómo se hace

Arreglar las roturas de los genes con rapidez y perfección puede ser una cuestión de vida o muerte para la mayoría de los organismos. Incluso los cambios más simples en una secuencia corren el riesgo de una catástrofe, especialmente si el código alterado es responsable de una función crítica.

Durante el último medio siglo, los biólogos han estudiado los mecanismos involucrados para reconstruir la mayoría de los pasos principales involucrados en hacer reparaciones fieles en el ADN. Sin embargo, una parte del proceso sigue siendo frustrantemente confusa.

Marcando enzimas clave y ADN con etiquetas fluorescentes y observando cómo se desarrolla el proceso de reparación en tiempo real en un Escherichia coli modelo, investigadores de la Universidad de Uppsala en Suecia han completado los detalles faltantes sobre cómo las bacterias encuentran las plantillas en las que confían para mantener las reparaciones genéticas sin errores.

Un truco que utilizan la mayoría de los seres vivos para mantener su código en orden es el proceso de recombinación homóloga, el equivalente biológico de comparar dos versiones distintas de un script para asegurarse de que una copia no haya introducido errores por error.

Al sostener una versión no dañada de una secuencia junto a un trabajo de reparación, una celda puede garantizar que no ocurran cambios cuando los extremos cortados se pegaron juntos.

Los biólogos moleculares saben desde hace un tiempo que el proteína recombinasa RecA juega un papel clave en la gestión de este proceso. Es una enzima tan importante para mantener la integridad del ADN que alguna versión de eso

se ha encontrado en prácticamente todas las especies estudiadas.

Cuando una ‘escalera’ de ADN de doble hebra se rompe por completo, un complejo de proteínas se pone a trabajar agarrando los extremos cortados y recortándolos cuidadosamente para que RecA pueda asentarse y hacer su trabajo.

Esto implica que la proteína se extiende en un grupo largo, formando un filamento de proteína y ácido nucleico que es capaz de retener tanto la hebra rota como una segunda escalera intacta de ADN intacto.

Esto es lo que saben los científicos. A partir de ahí, el filamento debe encontrar la secuencia correcta para que sirva como punto de comparación. La forma en que el filamento gestiona esta búsqueda en un tiempo suficientemente corto ha sido un misterio durante la mayor parte de los 50 años, uno agravado por los millones de pares de bases que deben comprobarse en medio de los complejos giros y vueltas del cromosoma.

Para comprender mejor el tiempo y la navegación de la enzima en el trabajo, los investigadores desarrollaron miles de E. coli células dentro de una serie de pequeños canales que les permitieron realizar un seguimiento de las bacterias individuales a medida que se experimentaban.

Con las células en su lugar, los científicos hicieron roturas precisas en su ADN utilizando CRISPR edición de genes, etiquetando los extremos cortados con marcadores fluorescentes para visualizar la ubicación de la ruptura bajo un microscopio.

“El chip de cultivo de microfluidos nos permite seguir el destino de miles de bacterias individuales simultáneamente y controlar las roturas del ADN inducidas por CRISPR en el tiempo”. dice El biólogo molecular de la Universidad de Uppsala, Jakub Wiktor.

Por último, utilizaron anticuerpos para identificar la ubicación de los filamentos RecA cuando se asentaron en su lugar y realizaron su búsqueda en la biblioteca.

Una alerta química le dijo al equipo cuando se completó todo el proceso de reparación. En promedio, solo tomó 15 minutos para E. coli para terminar el trabajo.

Sorprendentemente, por lo general solo tomaba nueve de esos minutos para que la proteína encontrara la plantilla correcta.

El secreto parece estar en la construcción del filamento de nucleoproteína de RecA. Este hilo se extiende a lo largo de la célula, agarrando el cromosoma y deslizándose hacia abajo en busca de una coincidencia con la secuencia en su agarre.

Si bien esto puede no parecer tan eficiente, en realidad no es diferente a caminar metódicamente por los pasillos de una biblioteca en busca de un libro que coincida con el número de clasificación del catálogo.

“Dado que los extremos del ADN se incorporan a esta fibra, es suficiente que cualquier parte del filamento encuentre la preciosa plantilla y, por lo tanto, la búsqueda se reduce teóricamente de tres a dos dimensiones”. dice Arvid Gynnå.

“Nuestro modelo sugiere que esta es la clave para una reparación de homología rápida y exitosa”.

Si bien esta investigación se realizó con bacterias, el hecho de que RecA sea tan similar en toda la biosfera lo hace relevante para nuestros propios cuerpos.

Ahora que sabemos cómo funciona el proceso, podemos empezar a buscar señales de situaciones en las que la reparación de nuestro propio ADN sale mal, abriendo el camino para comprender los orígenes de enfermedades como cáncer.

Esta investigación fue publicada en Naturaleza.

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