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¡Un misterio resuelto del VIH-1! Descubierta la estructura secundaria de su genoma

8 agosto, 2009

VIH-1 Crédito_Nature, 2009

Micrografía de ME del VIH-1. Crédito: Al-Hashimi, H. M. et al. (2009)

Hace un par de días propuse una pequeña adivinanza. Era una imagen complicada, muy compleja y diferente a lo que suele ver en la vida diaria. Realmente tenía la idea de animar un poco el cotarro e intentar llevar a cabo un divertido juego de estrujamiento neuronal. El plazo de dos días tenía una razón de ser, la imagen de marras había sido portada en Nature, así que tarde o temprano se popularizaría…

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Pero como en este blog tenemos las mentes más rápidas del oeste, con tránsitos neuronales a velocidades quasi-superlumínicas, en menos de una hora Hexo dio con la respuesta. Es que no se puede ser tan bueno leñe, enseguida se termina con la diversión, jeje ;o)

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Pues sí, la imagen de abajo se trata del genoma del VIH-1, el «Virus de la Inmunodeficiencia Humana», causante de la letal pandemia de SIDA «Síndrome de Inmunodeficiencia Adquirida» y de cuya taxonomía y familia hablamos hace poco.

“Parte” del genoma del VIH-1 a vista de pájaro. Crédito: Al-Hashimi, H. M. et al. (2009)

“Parte” del genoma del VIH-1 a vista de pájaro. Crédito: Al-Hashimi, H. M. et al. (2009)

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Es bien conocido que nuestro genoma, el de la especie humana (Homo sapiens sapiens), está constituído por un par de hebras de DNA enrolladas sobre sí mismas formando una doble hélice. Esta disposición del material genético es común a todas las arqueas, bacterias, protistas, hongos, animales y plantas conocidos; siendo además una prueba adicional del origen común de todas las especies. Por ello, no fue raro pensar que el DNA es el material genético universal, al menos, en nuestro planeta…

… Hasta que nos topamos con los virus y viroides. Actualmente está bien establecido que la mayoría de los virus y todos los viroides conocidos poseen un genoma formado por RNA.

En el caso de los virus, esto se explica muy bien: la expresión del material génico se realiza mediante la transcripción de una secuencia de DNA (el gen) a una hebra de RNA llamada mensajero, posteriormente esta debe traducirse a proteínas en los ribosomas. Esto es lo que una vez se llamó el “dogma central de la Biología“, un nombre rimbombante para un hecho que hasta entonces nunca antes había sido contradicho.

El Dogma Central de la Biología. Crédito: Universidad Complutense de Madrid

El “Dogma Central de la Biología”. Crédito: Universidad Complutense de Madrid

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Pero en ciencia, los “dogmas” duran hasta el siguiente experimento. Sin ir más lejos, los virus tenían que venir a decirnos que el mundo tiene muchos más matices de lo que nosotros, egocéntricos primates, habíamos llegado a imaginar.

Por ejemplo, tenemos los llamados virus de la clase IV de Baltimore (una clasificación basada en el genoma y los tipos de replicación del mismo en los virus). Ellos se saltan unos cuantos pasos de la expresión del material génico durante su ciclo vital. Sencillamente, su genoma es una hebra de RNA mensajero, el cuál es directamente traducido a proteínas. Siendo una de ellas una enzima llamada RNA polimerasa cuya función es hacer copias del genoma RNA del virus en… nuevas copias de genoma RNA del virus. Por lo que el DNA no cuenta para nada en estas criaturas.

Con un ciclo tan sencillo y rápido no es sorprendente que sean uno de los grupos de virus más abundantes y exitosos.

ciclo vital Picornavirus

Ciclo vital de un Picornavirus, virus típico de la clase IV de Baltimore (pulsar para ampliar). Crédito: Nature.

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Existen tres clases más de Baltimore de virus de RNA. Sin ir más lejos, el VIH-1 pertenece a una clase diferente a la mencionada, pertenece a la clase VI de Baltimore y su ciclo vital es uno de los más complejos.

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El mismo vídeo, pero con una banda sonora bestial, AQUÍ (descubierto gracias a “Un Planeta con canas”). Lo más llamativo de los retrovirus, como habéis visto en el vídeo, es que poseen una enzima llamada Retrotranscriptasa inversa que convierte el RNA en DNA; inviertiendo por completo una secuencia que hasta entonces se creía inamovible. Por ello, entre unos virus folloneros y otros pendencieros, el “dogma” fue siendo secuencialmente modificado hasta que hoy lo vemos así:

Lo que fue el Dogma Central de la Biología. Ahora parcheado. Crédito: Universidad Complutense de Madrid

Lo que fue el “Dogma Central de la Biología”. Ahora parcheado. Crédito: Universidad Complutense de Madrid

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Así pues, dejando de lado la etapa en la que el virus se integra en la célula hospedadora, el genoma del VIH-1 está formado por un par de hebras de RNA. Pero una hebra de RNA genómico no es como un fino hilo, o un microfilm, largo y extenso. No, el RNA es una hebra que adopta formas secundarias complejas, retorciéndose en el espacio gracias a la presencia de regiones que encajan perfectamente entre sí; lo que permite que pueda adoptar formas tridimensionales que, como las proteínas, pueden tener distintas funciones en la célula.

Como ya comentaron en el juego de la Adivinanza, la más famosa estructura secundaria de RNA es la que adopta el tRNA, o RNA de transferencia, cuya función es llevar de un lado para otro los aminoácidos, transportándolos hasta el ribosoma: la fábrica de proteínas de la célula. Lo más interesante de todo ello, es que este tRNA adopta una forma secundaria (retorcida en el espacio) que da lugar a una estructura tridimensional con actividad “enzimática”. Es decir, el RNA de transferencia es un ejemplo perfecto de ácido nucleico con funcionalidad directa en el organismo, cuando esto último era una característica que hasta entonces solo se creía presente en las proteínas.

tRNA

Izquierda: “Vista aérea” del tRNA, estructura secundaria de una hebra de RNA. Derecha: Modelo tridimensional del tRNA, estructura terciaria de una hebra de RNA. Crédito: Universidad de Valencia.

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Esto no es único. Entre los más sorprendentes RNA con estructuras secundarias complejas tenemos a los viroides. Un viroide es, en pocas palabras, “una hebra de RNA que no codifica proteínas, que se replica robando mecanismos celulares ajenos y que en algunos casos es capaz de procesarse a sí misma”. Su estructura tridimensional le permite sobrevivir a la acción defensiva de la célula invadida, resistir condiciones ambientales extremas (para una hebra de RNA), procesarse a sí mismas y regular su síntesis y actividad. Muchas actividades para un pedacito de RNA, y razón de su interés en el modelo del “Mundo RNA”.

Viroides

Genomas de viroides. Pospiviroidae y Avsunviroidae son las dos únicas familias de viroides conocidas. Nótese la patente estructura secundaria.

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Pues bien. El pasado 6 de agosto del año 2009, fue portada en Nature un artículo en el que se desvelaba la estructura secundaria del genoma del VIH-1.

Estructura secundaria del genoma del VIH-1 (pulsar para ampliar). Crédito: Watts, J. M. et al (2009)

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Debido a las limitaciones de las técnicas actuales, a día de hoy más del 80% del genoma ddel HIV-1 había permanecido estructuralmente sin caracterizar.

Sin embargo, esta vez los científicos emplearon una técnica denominada SHAPE «selective 2′-hydroxyl acylation analysed by primer extension». Esta técnica se basa en la interacción selectiva entre el RNA y una serie de compuestos químicos con el que es tratado. La clave reside en el hecho de que el tratamiento no es homogéneo para toda la secuencia de RNA, ya que los compuestos empleados interaccionan de forma diferente según el tipo de nucleótido y la relación del mismo con sus vecinos.

Así, por ejemplo, las regiones con pares de nucleótidos fuertemente enlazados poseen una baja reactividad al tratamiento; por el contrario, las regiones de elevada reactividad se corresponden con nucleótidos “libres” y sin emparejar.

Finalmente, esta diferente reactividad de las áreas puede ser puesta de manifiesto mediante fluorescencia y calculada gracias a algoritmos  informáticos.

HIV-1 estudiando el genoma

Estudio del genoma del virus VIH-1. A) Procesado de marcas de electroforesis capilar b) Histograma normalizado e integrado de las reactividades de la técnica en función de la posición de los nucleótidos. c) Modelo de la estructura secundaria del RNA estudiad anteriormente, se corresponde con una “señal de pausa” de síntesis peptídica. d) Localización de la “señal del pausa” relativa al ribosoma eucariótico. Las pares de bases son detenidas cuando la “señal de pausa” es “encajonada”. Crédito: Watts, J. M. et al (2009)

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Los autores han descubierto que las regiones estructuradas del genoma del VIH-1 se encuentran concentradas a lo largo de 21 dominios. Muchos de los cuáles residen en «zonas no codificantes del genoma» cercanas al final del genoma viral, cuya función es regular la replicación viral y el empaquetamiento de las partículas virales.

También encontraron estructuras complejas en zonas codificantes de proteínas. Una hipótesis propuesta por los autores sugiere que estas estructuras permiten que la síntesis de la proteína codificada sea más lenta de lo habitual. Es posible que esto provea a las proteínas de suficiente tiempo para adoptar su correcta estructura tridimensional.

Por el otro lado, las principales zonas sin estructuras complejas se han observado en regiones hipervariables del genoma del VIH-1, las cuales poseen un papel muy importante en la evasión viral de las defensas del huésped; además, estas áreas están bordeadas por zonas muy conservadas, cuya función seguramente sea prevenir la interacción con las regiones vecinas, menos variables.

Total nada, un pedazo de RNA que por sí solo engloba una gran cantidad de funciones, como si fuesen proteínas cualquiera. Además, el mismo estudio nos permite escudriñar con detalle las intimidades de este monstruo, lo que dará a los científicos mayores facilidades para borrarlo del mapa. En cualquier caso, se requieren más estudios.

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Entradas relacionadas:

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FUENTES.

La noticia comentada en Nature:

El artículo original de Nature:


  1. 8 agosto, 2009 en 22:49

    Y pensar que hace sólo un par de meses alguno nos decía que nunca nadie había visto el virus 😆

    Creo que esto lo convierte en el virus mejor descrito de la Historia. En fin, el tiempo pone a cada uno en su sitio…

    Me ha encantado lo de la tecnica “shape”. La verdad es que tenía mucha curiosidad por saber cómo habían dibujado la estructura. Ahora veo que la portada de Nature la tenían más que merecida.

    Nos estás alegrando el verano con estas entradas, Cnidus. Qué nivelazo! 😀

  2. 9 agosto, 2009 en 0:33

    Pues sí está merecida la portada, sí. ¡Cada vez queda menos para atacar de verdad a estos pequeños cabrones!

    Saludos.

  3. Uranus
    9 agosto, 2009 en 1:02

    No entiendo nada. ¿Ahora saber todo esto tiene alguna utilidad?. ¿Tal vez mejoras en los tratamientos o algo así?.
    Me olvidaba en la escuela me han pedido datos sobre el origen de este virus, ¿algunas referencias?.

  4. 9 agosto, 2009 en 2:32

    ¿Ahora saber todo esto tiene alguna utilidad?

    ¿Conocer con pelos y señales como funciona un patógeno humano extremadamente peligroso NO tiene alguna utilidad?

    Referencias: PULSA AQUÍ

    ¿En la escuela? 🙂 ¿En pleno mes de Agosto??? 😀 ¿¿No eres muy mayorcito para estar en la escuela??? :mrgreen:

  5. Uranus
    9 agosto, 2009 en 5:31

    Gracias Cnidus por la información. Recién me desayuno de que existe un Google académico.
    Yo sigo con mi libro de Biología de primer año, el de Don Pedro Zarur, y de este tema no trae nada.
    Por cierto, ¿y las tareas de vacaciones?¿eh?.

  6. 9 agosto, 2009 en 15:31

    Y no te olvides de los orígenes evolutivos remotos, Uranus (de cómo y dónde se ensamblaron las primeras secuencias de la cadena del virus antes de que éste pudiera afectar a los humanos).

    http://www.solociencia.com/noticias/0811/05122927.htm

    Fue un descubrimiento del año pasado que me hizo bastante ilusión, porque los científicos eran españoles. 😉

    PD: Lo de la portada de Nature tiene una explicación muy sencilla. El virus utiliza su estructura tridimensional (su “cuerpo” de ARN) para interaccionar con el entorno. Hasta ahora sólo se le había atacado por medio de la química (estudiando su secuencia de ARN). A partir de ahora podemos buscar también debilidades en su estructura corporal, y atacarle donde su forma ofrezca esos puntos débiles. Es como poder darle una patada en los huevos a alguien a quien hasta ahora sólo podíamos intoxicar lenta y trabajosamente. 😀

    Aunque la mayor parte del trabajo está aún por hacer, desde luego. El estudio es sólo un primer paso… 😉

  7. 9 agosto, 2009 en 17:56

    Me cuesta mucho la genética… mi cabeza no la termina de procesar bien, igual que las mates…

    Pero con estos posts tan chulos voy entendiendo cosas poco a poco. A este paso, alomejor dentro de unos años me atrevo en serio con el tema. 😀

  8. Socram
    16 octubre, 2009 en 20:57

    Serías tan amable de poner una foto real del HIV-1 o HIV-2 para completar semejante noticia?

  9. 16 octubre, 2009 en 21:16
  10. Phosphoros
    4 febrero, 2010 en 1:47

    Hola gente
    ¿cómo andán después de tanto tiempo?, acá les paso algo, ¡¡¡no lo van poder creér!!!.
    http://www.noticiacristiana.com/ciencia_tecnologia/descubrimientos/2010/01/circuncidar-a-recien-nacidos-puede-ayudar-a-combatir-el-sida-en-africa.html
    Saludos.

    P.D: se los extraña.

  11. ralvar
    4 febrero, 2010 en 8:07

    Phosphoros

    Que bueno leerte!
    A esta altura ya nada me sorprende, lo que no me deja es la pena…pobre gente.

  12. 4 febrero, 2010 en 10:42

    Hola Phosphoros, ¡cuántos tiempo!. A ver si te animas a seguir comentando por aquí.
    Saludos

    PD: ¿cómo va ese libro?

  13. 4 febrero, 2010 en 19:09

    Phosphoros!!! dichosos los ojos!!! ¿como vamos, amigo?

  14. Phosphoros
    11 febrero, 2010 en 22:20

    Hola gente
    Por puta desgracia mi puesto actual no tiene más Internet, así que, no puedo ni comentar en este precioso Blog, ni molestar a los cada vez más estúpidos creacionistas. El libro va bárbaro, estoy además de, recopilando material creacionista, haciendo un poco de investigación de campo, por lo que tal vez, con un poco de suerte lo tenga listo para finales del año 2013. Muchas gracias.
    Saludos.

  15. Darío
    12 febrero, 2010 en 1:36

    Hola Phos!

    Pues esperaremos ese libro, que el trabajo que estás haciéndo no es cualquier cosa. 😉

    Y cuando puedas dale un coscorrón a los estúpidos creacionistas y compañía, que cada vez están más loquitos 😛

    Saludos y abrazos.

  16. dani
    6 abril, 2010 en 18:57

    antes que nada, habría que borrar el concepto asociado a letalidad y virus; de hecho, pueden estudiarse como símbolo de evolución,así como a la vez los virus son a la vez tan antiguos o más, que las células.
    Antes que apareciera la primera célda biológica, existió un mundo dominado sólo por el RNA, y posteriormente por el Dna, seguramente a cambios violentos del medio externo. Así pues, son tan antiguos como la misma vida orgánica, y a la vez son complejos microscópicos con tasas de mutación elevadísimas, que les hacen merecer el pòdium de evolución. Los virus nos han hecho evolucionar, es decir, adaptarnos, así como las bacterias, por supuesto que los factores socioeconómicos son vitales, (sanidad, higiene, prevención, recursos, educación, pero también la genética individual marca un diferencial en la incidencia de la virulencia del VIH). Sabemos que dentro de una misma población, hay individuos de más riesgo que otros ante la misma infección. De hecho ya se habla en el ámbito santiario de los controladores de élite.

  17. dani
    6 abril, 2010 en 18:59

    Actualmente, se está asociando la investigación con retrovirales para enfermos del VIH, con la cura ante el cáncer, o su mitigación.

  18. 6 abril, 2010 en 19:02

    Dani dices habría que borrar el concepto asociado a letalidad y virus

    ¿Me puedes decir cuál es la tasa de supervivencia tras la infección con el virus de la rabia?

  19. 6 abril, 2010 en 20:10

    Creo que se refiere al concepto de que los virus “son los malos malosos de la pelicula”.

  20. 6 abril, 2010 en 21:10

    dani :

    antes que nada, habría que borrar el concepto asociado a letalidad y virus; de hecho, pueden estudiarse como símbolo de evolución,así como a la vez los virus son a la vez tan antiguos o más, que las células.

    A ver, a ver, no nos hagamos un lío. Los virus no son capaces de autorreplicarse por sí mismos, por lo que necesitan de una célula para reproducirse y sobrevivir. Los virus no tienen inteligencia ni finalidad, solamente funcionan y punto; por lo que su acción sobre la célula no está definida. Muchas veces son parásitos, más o menos letales, otras son simples comensales inocuos, y parece ser que otras se comporten como mutualistas, dando y recibiendo beneficio. Decir que todos los virus son letales no es correcto, pero decir que los virus no son letales es una barbaridad.

    Y todo esto no tiene nada que ver con su papel en la evolución o con su antigüedad sobre el planeta. ¿o acaso ser antigüo o evolutivamente activo significa necesariamente ser beneficioso para otros organismos?. La evolución tampoco tiene finalidad, no sabe de buenos ni de malos, es un proceso no inteligente.

    dani :

    Antes que apareciera la primera célda biológica, existió un mundo dominado sólo por el RNA, y posteriormente por el Dna, seguramente a cambios violentos del medio externo. Así pues, son tan antiguos como la misma vida orgánica, y a la vez son complejos microscópicos con tasas de mutación elevadísimas, que les hacen merecer el pòdium de evolución.

    De nuevo, no mezclemos. El mundo RNA es una teoría bastante plausible sobre el origen de la vida celular, pero el relevo como almacén de información genética que tomó el DNA no tiene porque ser producto de ningún cambio violento del medio externo. ¿Tienes referencias sobre ese cambio violento?

    Por pequeños que sean y por elevada que sea su tasa, no merecen podium alguno. Y no lo merecen ni ellos ni nadie: tanto éxito como ellos han tenido las bacterias, los hongos, los insectos o los mamíferos, porque sus respectivas líneas evolutivas han sobrevivido desde el origen mismo de la vida. La evolución, la vida, la naturaleza, no tienen podiums, ese es un concepto subjetivo y cultural humano.

    dani :

    Los virus nos han hecho evolucionar, es decir, adaptarnos, así como las bacterias

    Lo de que los virus nos hayan hecho evolucionar no está tan claro. Que hayan contribuido a la evolución, parece ser que sí, incorporando genes enteros por transferencia horizonta. Pero de ahí a decir que son el principal motor de la evolución, va un trecho bastante largo.

    Y, a pesar de todo ello, volvemos a lo mismo: aunque los virus sean la leche, esto no es incompatible con el hecho de que si te infecta el virus de la rabia, evolucionas rápido pero hacia la tumba.

    dani :

    Antes que apareciera la primera célda biológica, existió un mundo dominado sólo por el RNA, y posteriormente por el Dna, seguramente a cambios violentos del medio externo. Así pues, son tan antiguos como la misma vida orgánica, y a la vez son complejos microscópicos con tasas de mutación elevadísimas, que les hacen merecer el pòdium de evolución.

    De nuevo, no mezclemos. El mundo RNA es una teoría bastante plausible sobre el origen de la vida celular, pero el relevo como almacén de información genética que tomó el DNA no tiene porque ser producto de ningún cambio violento del medio externo. ¿Tienes referencias sobre ese cambio violento?

    Por pequeños que sean y por elevada que sea su tasa, no merecen podium alguno. Y no lo merecen ni ellos ni nadie: tanto éxito como ellos han tenido las bacterias, los hongos, los insectos o los mamíferos, porque sus respectivas líneas evolutivas han sobrevivido desde el origen mismo de la vida. La evolución, la vida, la naturaleza, no tienen podiums, ese es un concepto subjetivo y cultural humano.

    dani :

    por supuesto que los factores socioeconómicos son vitales, (sanidad, higiene, prevención, recursos, educación, pero también la genética individual marca un diferencial en la incidencia de la virulencia del VIH). Sabemos que dentro de una misma población, hay individuos de más riesgo que otros ante la misma infección. De hecho ya se habla en el ámbito santiario de los controladores de élite.

    ¿Y? Eso puede ser cierto, pero ¿de qué es argumento?. Estás diciendo que hay gente con más probabilidades de sobrevivir por su genotipo, pero ¿y los que tienen menos? ¿dejamos que se mueran? Por la misma regla de tres, hay gente que no desarrolla cáncer, diabetes o alzheimer en su vida, ¿para qué preocuparnos por el resto entonces?. Cuidadito, que eso lleva a unos planteamientos eugenésicos muy peligrosos.

    Saludos.

  21. 6 abril, 2010 en 21:50

    Muy explicito, se agradece, por ahi se te escapó una doble respuesta…
    ¿O es para que nos quede mas claro? 😀

  22. pericles
    25 marzo, 2013 en 15:22

    Necesitáis volver a la universidad

  23. 25 marzo, 2013 en 16:56

    Pericles, todos necesitamos volver de vez en cuando a la universidad. Algunos necesitáis intentar aprobar los cursos necesarios para acceder a ella.

  24. Miguel
    25 marzo, 2013 en 19:49

    pericles :
    Necesitáis volver a la universidad

    Y creo que tu deberías volver a primaria.

  25. Diego Iriarte
    24 diciembre, 2013 en 5:04

    una duda sobre el dogma, ¿ha sufrido alguna modificación con la aparición de los priones? digo por su capacidad infectiva implicaría, imagino, un mecanismo similar a un virus ¿o no? Agradezco de antemano vuestros comentarios

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