Barbara McClintock y los genes saltarines.

in #diamujeryni5 years ago (edited)

Barbara McClintock fue una reconocida genética que durante 1944 hasta 1948 trabajó en el laboratorio de Cold Springfield Harbor en búsqueda de aspectos genéticos interesantes en cultivos de mazorca. Uno muy peculiar que ella decidió indagar fue el fenotipo de color de los granos de maíz de las mazorcas., esto a sabiendas que todas las células tienen identificó material genético.

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Foto de Barbara McClintock
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Cada una de las células de maíz tiene 10 cromosomas que se enumeran del más grande, el 1, al más pequeño, el 10. Ella notó que era frecuente que en el noveno existiera una rotura en un lugar específico (locus) y supuso que la causa era por factores genéticos. Barbara entonces realizó su hipótesis basados en lo que llamó fenotipo inestable.

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La mazorca puede presentar diferentes colores en sus granos, sin embargo, a Barbara le interesó conocer aquellos que eran incoloros pero moteados, a eso ella lo llamó fenotipo inestable.
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Ella estipuló que existían 2 factores genéticos, uno llamado Ds (disociación) y otro Ac (activador) que provocan la aparición de estos tipos de grano. En su hipótesis estableció que Ds se movía hasta la posición del gen del color (Gen C) y lo inhibía explicando el incolor. Y a su vez Ds en algunas células de ese mismo grano abandonaba esa posición cerca del Gen C y eso permitía las regiones pigmentadas (las motas del grano) que iban extendiéndose por mitosis.

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El wild type (salvaje) es el fenotipo pigmentado de todo el grano, es decir, sin el elemento Ds alojado en el gen C.

El fenotipo incoloro es la presencia de Ds en el gen C de todas las células del grano.

Mientras que el fenotipo inestable es explicado por la actividad del elemento Ac en algunas células del grano, este promueve el desplazamiento de Ds y provocada que estas regresen a su fenotipo salvaje siendo esto visible en la formación de regiones pigmentadas (motas) que pueden expandirse por mitosis de esas células.

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Una vez que Barbara difundió su idea las críticas no se hicieron esperar, para diversos investigadores del momento,la variación de color de los granos dentro de una mazorca solo obedecía a un principio, el cual era que el maíz que conocemos no es natural, sino que fue originado por la domesticación humana (selección artificial). El cuestionamiento a su figura y la presión sobre su hipótesis provocaron que la reconocida científica dejara de publicar por un tiempo después del año 1953. Pero todo esto cambiaría a partir del año 1960, cuando se describen dichos elementos (Ds y Ac) en la E. coli (bacteria) y años más tarde en las levaduras (hongos eucariotas) y en la Drosophila melanoganster (Mosca de la fruta).

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Modelo de los elementos IS (secuencias de inserción). Estos son un tipo de ADN con capacidad de desplazamiento en bacterias. Estos usualmente interrumpen una secuencia codificador e inhiben la actividad del gen.

Los elementos IS fueron descubierto por primera vez en la E.coli, y en su secuencia esta codificado su Ac, por eso, son usados por otros que no tienen activador, como los Tn compuestos.

Los Tn son otros tipo de ADN móvil bacteriano, estos puede ser simples, los cuales codifican su propio Ac, o compuestos, que contienen elementos IS invertidos flanqueantes (que codifican el activador) y un conjunto de genes entre ellos, los cuales también son trasladados.

El estudio de los Tn ha sido de ayuda para entender la propagación de la resistencia a los antibióticos, tal es el caso de Tn10, el cual es de tipo compuesto y uno de los genes que traslada es el causante de la resistencia a la tetraciclina, por otra parte, Tn3 es de tipo simple y contiene el gen de la resistencia a la ampicilina.

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Actualmente es un hecho la existencia de los tranposones (los disoaciadores) tanto en procariotas como en eucariotas y todo gracias al estudio de Barbara. Estos genes mediante unas enzimas (los activadores) tienen la capacidad de moverse de un lugar a otro, sea dentro de la misma molécula de ADN u otras moléculas en el interior célular (como un plásmido). El interés de estos elementos es muy especial, ya que al moverse son capaces de encender, apagar o modificar la actividad de los genes involucrados en su desplazamiento, es decir, los genes del sitio a donde se movieron o los genes de donde provenían.

Así, los transposones se dividen en dos tipos:

1)Elementos transponibles de clase I: Son también conocidos como retrotransposones, fueron descubiertos en las levaduras gracias a la investigación del genetista Gerry Frink. Pueden ser autónomos (codifican ellos mismos su enzima para desplazarse) o no. Su método de transposición es de tipo replicativo y su enzima para moverse es la transcriptasa inversa (también llamada retrotranscriptasa). Están presentes únicamente en eucariotas.

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Los primeros retrotransposones descubiertos fueron los elementos Ty.

Los elementos transponibles clase I son transcritos a ARN mensajero con una peculiaridad, ya que el mismo contiene la secuencia del propio elemento y toda la porción codificante de la transcriptasa inversa.

Así, la enzima es traducida y utiliza a la región restante del ARN mensajero como molde para una cadena de ADN (se forma un híbrido ADN-ARN). Posteriormente esta misma enzima libera al ARN y procede a complementar la secuencia de ADN antes formada.

De esta forma se obtiene un ADN de doble cadena del propio retrotransposón, el cual es insertado en una región de ADN por la propia transcriptasa inversa.

Se dice que el método es replicativo ya que el elemento transponible original se mantiene en su sitio, y crea una copia de él que será introducido en otra región de esa misma molécula o en otra molécula de ADN.

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2)Elementos transponibles de clase II: También llamados * transposones de ADN*. Fueron hallados por el estudio de Barbara McClintock, puede ser autónomos o no. Su método de transposición de tipo conservativo (más frecuente) o replicativo y su enzima para desplazarse es la transposasa. Están presentes tanto en procariotas como en eucariotas.

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Los elementos IS, los elementos Tn y el transposón del color de maíz son ejemplos de elementos transponibles de clase II.

El primer tranposón de este tipo caracterizado molecularmente fue el elemento P de la Drosophila melanogaster.

El método más sumado por estos, es el conservativo (no mostrado en la imagen), en el cual el elemento se transcribe a ARN mensaje, y este solo codifica la enzima transposasa.

La transposasa escinde al elemento original (donde sea que este en la molécula), une las regiones cortadas e integra al transposón a otra zona de esa misma molécula, o a otro ADN diferente.

En cambio el método replicativo (mostrado en la imagen) es más complejo, y por los momentos el mecanismo mejor descrito pertenece al transposón Tn3.

En este caso, un plásmido donador (con Tn3) se fusiona con un plásmido receptor (sin Tn3) mediante la acción de la transposasa. Esta unión es llamado cointegrado y permite a Tn3 replicarse en el receptor mientras ocurre el proceso de fusión.

Así, una vez duplicado el cointegrado se desintegra en sus plásmidos originales, solo que ahora ambos cuentan con el transposón.

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Otro interesante asunto, es que los también llamados genes saltarines otorgan una explicación a la Paradoja del valor C, es decir, la ausencia de correlación entre el contenido genética y la complejidad biológica, un ejemplo de esto, es que el genoma salamandra es mayor al de humano. Al día de hoy se sabe que estos genes constituyen casi la mitad del genoma humano solo que la mayoría de estos han desactivado su movilidad o posibilidad de copiado, restando solo aquellos que deberían desplazan a lugares ya predeterminados (hipótesis del refugio seguro).

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El genoma de la salamandra llega casi a 10 a la once pares de bases por genoma haploide, mientras el humano esta entre 10 a la nueve y 10 a la diez pares de bases en esa misma categoría, representando así la Paradoja del Valor C.

La mayoría de los genes saltarines del humano se agrupan en los elementos intercalados largos o LINE y los elementos intercalados cortos o SINE (ambos son retrotransposones).

Los LINE codifican su propia transcriptasa inversa, mientras los SINE no, razón por la cual estos últimos (que no son autónomos) requieren de la activación de los primeros.

Un refugio seguro en nuestro ADN, es la heterocromatina, especialmente la que dará lugar al centrómero de los cromosomas.

Actualmente se cree que muchas enfermedades en el humano puede tener su origen en transposones que no se desplazan a sus sitios predeterminados.

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Antes de terminar, si te preguntas si el mérito de Barbara fue reconocido, la respuesta es sí, aunque tomo su tiempo, pues en 1983 se le otorgó el Premio Nobel en Fisiología o Medicina. Esta ilustre científica fallecería 9 después de esto, no obstante, los transposones no fueron el único descubrimiento en su haber, ya que de forma independiente, ella y el tambíen genetista Peter Peterson, descubrieron el sistema Enchancer/Inhibitor (Potenciador/Inhibidor).
Espero te haya gustado mi escrito, nos leemos la próxima.

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Otro reconocimiento para ella puede recibir la Medalla Nacional de la Ciencia (Estados Unidos) en 1981.
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Referencias.

1)Biémont C. A Brief History of the Status of Transposable Elements: From Junk DNA to Major Players in Evolution. [En línea]. Genetics. Estados Unidos. 2010; 4 (186): pp. 1085-1093. URL:
https://www.genetics.org/content/186/4/1085

2)Finnegan D. Retrotransposons. [En línea]. Current Biology. Estados Unidos. 2012: 11 (22): pp. 432-437. URL:
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0960982212004459

3)Muñoz M, García J. DNA Transposons: Nature and Applications in Genomics. [En línea]. Current Genomics. Estados Unidos. 2010; 11 (2): pp. 115-128. URL:
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2874221/

4)Courdaux R, Batzer M. The impact of retrotransposons on human genome evolution. [En línea]. Nature Reviews Genetics. Estados Unidos. 2009; 10 (10): pp. 691-703. URL:
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2884099/

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