A, C, G,? – Química evolución de un genoma bacteriano

Un equipo internacional de investigadores del Instituto de Biología (Universidad Libre de Berlín), CEA (IG / Genoscope – Evry), CNRS, Universidad de Evry, la Universidad Católica (Lovaina) y Heurisko Company (EE.UU.) tiene, por primera vez, consiguió diseñar un bacterias viables en el que una de las cuatro bases de ADN ha sido sustituido por un compuesto análogo sintético. Eventualmente, las bacterias así obtenidas tienen la ventaja de dependiendo del compuesto, ausente en la naturaleza, y no podía competir ni intercambiar material genético con organismos silvestres. 
Este resultado es el objeto de una publicación titulado Evolución química del genoma de una bacteria en la revista Angewandte Chemie International Edition, 25 de julio de 2011.

La información genética de todos los seres vivos se almacena en su ADN que se compone de una secuencia de bases que constituyen una especie de «alfabeto de la vida.» Estas bases, en número de cuatro, se conocen mejor por las letras A (adenina), T (timina), G (guanina) y C (citosina). El proyecto, coordinado por Rupert Mutzel (Instituto de Biología, Berlín) y Philippe Marlière (Heurisko Inc., EE.UU.). Y experimental llevada a cabo por investigadores de la CEA y la Universidad de Lovaina, fue la de sustituir totalmente, dentro del genoma de las bacterias perteneciente a la Escherichia coli K12, timina por el compuesto de 5-cloro-uracilo, tóxico en dosis grandes a los seres vivos. Los investigadores han puesto en marcha una innovadora tecnología desarrollada por el Dr. MARLIÈRE y R. Mutzel, que permite la evolución dirigida de organismos en condiciones estrictamente controladas. Este es un dispositivo automatizado para el crecimiento de las células (véase la foto abajo) en la que grandes poblaciones de bacterias se cultivan, y mantenga en presencia de un producto químico tóxico a concentraciones subletales ( 1). Estas condiciones de cultivo conducir entonces la selección de variantes genéticas tolerantes de concentraciones más altas de este compuesto tóxico. En respuesta a la aparición de estas variantes en la población de células, el dispositivo automático se adapta a la composición del medio de cultivo para imponer una presión de selección constante.

Genoscope


© C.Dupont / CEA

Dispositivo para el crecimiento de células automatizado, Genoscope.


Este protocolo de evolución en cultivo continuo, realizado en Genoscope, se aplicó a las bacterias que pertenecen a la Escherichia coli K12 incapaz de sintetizar la base timina natural y por lo tanto depende de su contribución por el medio de cultivo.Después de 1000 las generaciones de células en el sistema de cultivo en presencia de 5-cloro-uracilo y la timina siempre en cantidad mínima, los descendientes de la cepa original se obtuvo, capaz de crecer en la misma presencia del compuesto 5-cloro- uracilo. El ADN de estas bacterias mostraron sustitución casi total de la base T por 5-cloro-uracilo, y la presencia de numerosas mutaciones. Los investigadores ahora se centrará en la contribución respectiva de las mutaciones en la adaptación de las bacterias a la utilización de una base halogenados. Este cambio radical en la composición química de los organismos vivos es de gran interés para la investigación fundamental . Por otra parte, como se explica Ph. MARLIÈRE «, este trabajo constituye un avance importante xenobiología, un área emergente de la biología sintética «. Este campo relativamente joven de las ciencias de la vida tiene como objetivo diseñar no natural característica de las capacidades metabólicas optimizados para el desarrollo de la síntesis alternativa. Estos deben permitir la producción de compuestos químicos de interés, particularmente en el campo de la energía. En esta perspectiva, los organismos sintéticos, tales como los seleccionados aquí tendría la ventaja de función, para la constitución de su material genético y su proliferación, no sólo los compuestos presentes en ambientes naturales. Con el tiempo, será capaz de competir con uno o intercambiar material genético con los organismos silvestres y están condenados a desaparecer ante la ausencia de los xenobióticos de los que dependen.

Las células bacterianas


© IG / CEA

Izquierda: bacterianas células de E. E. dependientes de una contribución en uno de los cuatro componentes universales de ADN, la timina. 
Derecha: Las células después de la adaptación a un derivado natural de timina (cloro-uracilo).


Notas:

(1) Sub-letal: menos de la concentración que provoca la muerte

Referencias:

Evolución de la química del genoma de una bacteria 
Philippe MARLIÈRE, Patrouix Julien, Volker Döring, Herdewijn Piet, Tricot Sabine, 
Cruveiller Stéphane, Bouzon Madeleine, y Mutzel Rupert. Angew.Chem.. Int. ed. 25 de julio 2011, 50 (31) :7109-14. doi: 10.1002/anie.201100535

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