La Ciencia explicada: Un orden subyacente

Si pudiéramos ver en el interior de una célula, probablemente nos impresionaría la inmensa variedad y cantidad de moléculas que ahí se encuentran. No se trata de un espacio acuoso fundamentalmente vacío sino todo lo contrario, es un ambiente extremadamente denso y complejo, con colisiones constantes y reacciones químicas ocurriendo en todo momento y por todas partes. Sin embargo, en medio de este caos aparente, las células son capaces de generar energía, responder a estímulos, comunicarse con otras células, reproducirse y mantener una organización que desafía a la segunda ley de la termodinámica.

Una estrategia básica de organización es la división del espacio intracelular. Esta estrategia es usada por los organismos eucariotes, que poseen organelos delimitados por membranas intracelulares, cada uno de los cuales se especializa en alguna función particular. Sin embargo, los organismos no eucariotes (bacterias y arqueas) no poseen organelos, y por lo tanto requieren de mecanismos alternativos para organizar sus procesos.

Para investigar si existe una organización espacial de los procesos básicos de transcripción y traducción en las bacterias, un grupo de científicos desarrolló un par de técnicas basadas en fluorescencia que les permitieron monitorear la movilidad del ARNm y los ribosomas. La primera técnica es una modificación de la Hibridación Fluorescente In Situ (FISH) y consiste en fusionar un gen (en el ADN) con una secuencia que se repite 120 veces en uno de sus extremos; esta secuencia repetida es transcrita con el resto del gen a un ARNm, y entonces se puede detectar esta molécula mediante una sonda, ligada a una molécula fluorescente, que se une a la secuencia repetida.

La segunda técnica permite medir la movilidad de los ribosomas, las maquinas moleculares encargadas de sintetizar proteínas a partir del ARNm. El experimento consiste consiste en marcar los ribosomas con una proteína fluorescente, y luego eliminar la fluorescencia en un punto determinado mediante fotoblanqueo. La idea es que si los ribosomas se mueven libremente, entonces la región fotoblanqueada se resurtirá de ribosomas fluorescentes rápidamente.

Con estos experimentos los investigadores demostraron, en las bacterias modelo Escherichia coli y Caulobacter crescentus, que los ARNm no se difunden en la totalidad del espacio intracelular, sino que permanecen cerca del sitio de transcripción. Además, los ribosomas tienen una movilidad muy limitada de acuerdo a los experimentos de fotoblanqueo, y esta limitación es debida a los ARNm ya que cuando se inhibe la transcripción (tratando a las células con rifampicina), los ribosomas se difunden libremente. Estos resultados significan que el flujo de información genética (el paso de infomación desde el ADN hasta las proteínas a través del ARNm) en las bacterias ocurre de manera localizada, y esta localización depende directamente del orden de los genes en el cromosoma.

Células de C. crescentus. A la izquierda se muestra la localización del gen en el cromosoma. En el centro la ubicación de los ARNm producto del gen. A la derecha la superposición de las imágenes muestra que los ARNm permanecen cerca del sitio de transcripción. Reproducida con permiso de la Profra. Jacobs Wagner, Yale University..

Desde hace tiempo se sabe que los genes no se distribuyen aleatoriamente en los cromosomas, sino que funciones similares suelen encontrarse en proximidad física. La interpretación tradicional dice que esto facilita la co-regulación de genes con funciones relacionadas, y aunque esto es al menos parcialmente cierto, los resultados de este nuevo trabajo señalan una nueva fuerza que moldea el posicionamiento de los genes.

Aunque no se trata del primer sistema bacteriano en el que se demuestra una organización espacial de los procesos que lo integran, este trabajo es particularmente relevante porque el mecanismo que propone, usar el cromosoma como andamiaje para el resto de los sistemas celulares, tiene el potencial de afectar a todos estos sistemas; además, este trabajo complementa y justifica directamente al naciente campo del estudio de los genomas en 3D.

Referencias: