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Logran ‘resucitar’ proteínas ‘fósiles’ de hace miles de millones de años y comprueban que protegen a las bacterias actuales de los virus

Científicos de la Universidad de Granada han reconstruido versiones ancestrales de una proteína denominada tiorredoxina mediante ingeniería genética, y las han introducido en una bacteria actual, E. coli, comprobando que estas proteínas la protegen frente a infecciones víricas

Este avance científico, que hoy publica la prestigiosa revista Cell Reports, puede tener importantes aplicaciones en el ámbito de la bioingeniería de plantas, ya que podría potencialmente utilizarse para manipular las especies genéticamente y hacerlas resistentes a los virus que a veces causan pérdidas devastadoras en cosechas en algunos países

Científicos de la Universidad de Granada (UGR) han logrado ‘resucitar’ proteínas “fósiles” que existieron hace miles de millones de años y las han introducido en una bacteria actual, concretamente  la Escherichia coli (E. coli), comprobando que dichas proteínas la protegen frente a infecciones víricas.

Este avance científico, que hoy publica la prestigiosa revista Cell Reports, “puede tener importantes aplicaciones en el ámbito de la bioingeniería de plantas, ya que podría utilizarse para manipular las especies genéticamente y hacerlas resistentes a los virus que pueden causar efectos devastadores en cosechas, algo que sería de enorme utilidad sobre todo en países en los que la subsistencia depende de un cultivo concreto, como el arroz, el trigo, la yuca o el plátano, y una enfermedad viral en ellos puede tener consecuencias desastrosas para la población”.

Los investigadores de la UGR han llevado a cabo en este artículo una ‘prueba de concepto’, demostrando así que es posible reconstruir mediante ingeniería genética una proteína antigua que supone una forma ancestral de la tiorredoxina y que, al usar la proteína modificada, la bacteria E.coli no puede ser infectada por el virus bacteriófago T7.

“Se trata de una carrera armamentística en la evolución en toda regla – explica el investigador principal de este trabajo, José Manuel Sánchez Ruiz, catedrático del departamento de Química Física de la Universidad de Granada-. A lo largo de miles de millones de años, la tiorredoxina ha estado evolucionando continuamente para evitar ser secuestrada por el virus, y el virus, a su vez, ha estado evolucionando para secuestrar la proteína. Lo que nosotros hemos hecho ahora es  estropear y desmontar toda la estrategia del virus, al utilizar una proteína fósil en lugar de la actual”.

Igual que las lenguas extintas

El laboratorio de Sánchez Ruiz en la UGR está especializado en la reconstrucción de secuencias de genes antiguos que codifican proteínas. Para ello, los investigadores reconstruyen proteínas antiguas a partir de los datos genéticos de muchos taxones (grupo de organismos emparentados) diferentes.

“El proceso de reconstrucción de una proteína fósil es comparable al de una lengua extinta: si tenemos en cuenta cómo han evolucionado las palabras, podemos determinar cómo eran originalmente. La reconstrucción de secuencias ancestrales es similar y, para llevarla a cabo, necesitamos muchas secuencias de proteínas actuales, lo cual no presenta problema en la llamada era genómica”, afirma Sánchez Ruiz.

En este contexto, la tiorredoxina es una de las proteínas más  útiles para los investigadores para ser reconstruida en el laboratorio, “porque existe prácticamente desde el origen de la vida y está presente en todos los organismos modernos. El ser humano no puede vivir sin ella, ni tampoco E. coli”, apunta el investigador de la UGR.

La tiorredoxina es, además, una de las proteínas que el bacteriófago debe reclutar para sobrevivir y replicar. “Sin secuestrar una tiorredoxina, el virus llega a un callejón sin salida”. En una serie de experimentos llevados a cabo por Asunción Delgado, entonces investigadora post-doctoral en la Universidad de Granada, los investigadores probaron siete reconstrucciones de tiorredoxinas primordiales, con edades comprendidas entre 1.500 millones de años y 4.000 millones de años, para ver si podían funcionar en E. coli moderna.

Las tiorredoxinas de la vieja escuela pasaron la prueba con diversos grados de éxito. “Algo que nos resultó un poco sorprendente”, dice Delgado, “porque el organismo moderno es un entorno celular completamente diferente para la proteína. Las tiorredoxinas ancestrales tenían diferentes socios moleculares. Hemos comprobado que, cuanto más antiguas son las proteínas que resucitamos en el laboratorio, menos funcionalidad presentan en un organismo moderno. Pero incluso cuando reconstruimos proteínas cercanas al origen de la vida, todavía muestran alguna funcionalidad”.

Los investigadores de la UGR advierten que la ‘resurrección’ de proteínas antiguas puede ser algo más que una curiosidad científica, y tener una enorme utilidad. “Los virólogos tienden a centrarse en las infecciones que afectan a seres humanos, pero los virus que matan a un gran número de personas en algunos países no son patógenos humanos, sino más bien los virus que tienen efectos devastadores en cosechas, provocando hambrunas generalizadas”. Sanchez-Ruiz, Delgado y sus colegas sostienen la hipótesis de que las proteínas antiguas podrían ser editadas en plantas para conferir protección contra los virus que infectan a los cultivos, una idea que, no obstante, aún no se ha probado en las plantas.

“Si logramos aplicar este procedimiento a las plantas, no lo haríamos con genes de bacterias antiguas, sino con genes de la misma planta. Sería la versión ancestral de un gen de la misma planta lo que utilizaríamos”, dice Sánchez Ruiz. “Estamos hablando de una alteración genética, por supuesto, pero relativamente pequeña. No se trataría de algo similar a la película Parque Jurásico. Sería simplemente un cambio comparativamente pequeño en un gen que la planta ya tiene”.

Referencia bibliográfica:

Delgado et al., Using Resurrected Ancestral Proviral Proteins to Engineer Virus Resistance, Cell Reports (2017)

http://dx.doi.org/10.1016/j.celrep.2017.04.037

Imágenes adjuntas:

IMG_2055

  1. En la imagen, parte del grupo de investigación de la UGR que ha llevado a cabo este avance científico.

Scanning electron micrograph of Escherichia coli

  1. Micrografía electrónica de barrido coloreada de Escherichia coli (FOTO: NIAID, Flickr).

Contacto:

José Manuel Sánchez Ruiz

Departamento de Química Física de la UGR

Teléfonos: 958240436 – 958243189

Correo electrónico: sanchezr@ugr.es