Bacteriófagos
Épsilon 15 es un virus bacteriófago que ataca a la bacteria Salmonella, pero es inocuo para humanos. Por esta razón se han realizado investigaciones con este virus para combatir a la bacteria.
Los biólogos construyen un mejor software, batir camino hacia el conocimiento viral
West Lafayette, Ind. - La comprensión del funcionamiento de los virus previamente inescrutables ha sido posible gracias a un equipo de biólogos cuyas mejoras al software de su ordenador algún día podría contribuir a la lucha contra la enfermedad viral. |
Con unas pocas líneas de código informático hábiles, de la Universidad de Purdue, Wen Jiang y su grupo de investigación han creado una nueva y poderosa herramienta para la investigación de laboratorio que debería permitir a los científicos obtener imágenes de alta resolución de algunas de las entidades biológicas más pequeños del mundo - los virus. Demasiado minúsculo que deben observarse de manera útil con muchos dispositivos de imagen convencionales, las estructuras internas virus 'a menudo deben ser vistos con microscopios que requieren sofisticados de control de computadora para dar sentido a los pequeños objetos. Los avances en el campo a menudo vienen a aquellos que pueden crear el mejor software a la medida, y el equipo de Jiang ha hecho precisamente eso, la apertura para la observación de un grupo de virus que los científicos antes no podían obtener una cuenta en.
Como informó el equipo en el artículo de portada de (02 de febrero) la edición de esta semana de Nature, los investigadores han utilizado sus métodos para examinar uno de esos virus que ataca a las bacterias.
"Mientras que antes sólo podíamos ver partes del virus que eran simétricas, ahora podemos ver los que tienen estructuras no simétricas, como partes de la nuestro trabajo se centra en, el virus Epsilon 15 que ataca la salmonela", dijo Jiang, quien recientemente unido a la Facultad de Ciencias de Purdue como profesor asistente de biología. "Este software permitirá una expansión sustancial de lo que podemos ver y estudiar Seguimos siendo limitados a la observación de aquellos virus que son idénticos de una partícula viral individuo a otro -. Que, por desgracia, sigue siendo sólo una pequeña parte de las especies virales que están ahí fuera. Pero es un gran paso adelante hacia nuestro objetivo de ver a todos ellos ".
Jiang realizó el trabajo, mientras que en el Colegio Baylor de Medicina de dicha institución con Juan Chang, Joanita Jakaña y Wah Chiu, así como el Instituto de Tecnología de Peter Weigele y Jonathan King Massachusetts.
Desarrollar el paquete de software permitido al equipo para examinar el virus Epsilon 15, un "bacteriófago" que infecta a la bacteria salmonella, y resolver características tan pequeñas como 9,5 angstroms de diámetro - menos de una milmillonésima parte de un metro. Hasta ahora, el dispositivo de alta resolución, llamado microscopio crioelectrónica, utilizado para examinar esos objetos sólo podría examinar la cubierta exterior del virus.
"Muchos equipos fueron capaces de determinar la configuración de la cáscara, ya que es una forma de 20 caras regulares altamente simétrico. Pero para hacerlo, que esencialmente tenía que fingir el resto del virus no existía", dijo Jiang. "El problema es que su estructura es mucho más complicado que eso. Tiene una cola y un genoma interna formada por cadenas de ADN fuertemente enrollado que son esenciales para la función del virus. Literalmente no tienen el cuadro completo de lo que herramientas Epsilon 15 utiliza para infectar a su huésped ".
Los componentes recién reveladas de la partícula viral posee cualidades sorprendentes para los investigadores acostumbrados a ver sólo los virus simétricas de cerca.
"La cola de Epsilon 15, por ejemplo, tiene seis 'picos' en ella, pero no están dispuestos en un anillo hexagonal ordenada. Son muy desviada", dijo Jiang. "Porque son tan descentrado, sólo dos de los picos de captar realmente la superficie de la cáscara. Probablemente no sea una noticia muy emocionante para cualquier persona que no mira estas cosas para ganarse la vida, pero lo que nos muestra es que el virus mundo tiene muchos secretos inesperados, y si vamos a desbloquearlos, tenemos que verlos primero ".
El sondeo las entrañas del virus también reveló que posee un núcleo, la existencia de las cuales los investigadores no sospechan y la función de la que hasta ahora sólo pueden adivinar. Jiang dijo que su equipo sospecha que el núcleo ayuda a aliviar la liberación de la bobina de ADN en la bacteria, un evento similar a disparar un carrete de hilo unido a un gancho a través de una pared a gran velocidad.Pero dijo que el impacto de la investigación del equipo probablemente se sentía más por las personas que han querido una herramienta para mirar a otros virus en lugar de, por ejemplo, los médicos con los pacientes de salmonela.
"Así que ¿por qué este estudio, en primer lugar, si todo lo que está haciendo es ayudar a los académicos a aumentar su propio conocimiento?" Jiang preguntó retóricamente."No es una respuesta simple, pero el fondo es, usted tiene que resolver los problemas fáciles antes de poder tratar los duros cuyas respuestas tienen un uso práctico más inmediato. Pero donde podría ser capaz de ir una vez que hemos tomado estos comparativamente sencillos pasos es bastante tentadora.
"Los fagos, por ejemplo, son útiles para saber acerca de porque atacan bacterias, y las bacterias están organizando una reaparición preocupante en términos de salud humana porque están creciendo resistente a nuestros antibióticos -. A veces más rápido que la medicina puede mantener Necesitamos una nueva forma de atacan a las bacterias una vez que mutan, y si podemos emplear fagos para hacer nuestro trabajo para nosotros, podría ser un gran avance para la medicina ".
Los fagos que atacan a las bacterias son inofensivas para los seres humanos, dijo Jiang, y para cada especie bacteriana, incluyendo las que causan enfermedades humanas, la naturaleza ha evolucionado varios fagos diseñados para infectar específicamente.
"La terapia de fagos como un arma anti-bacteriano fue una idea que se introdujo en el siglo 20, pero se quedaron en el camino como antibióticos pasaron a primer plano", dijo Jiang. "Es posible que a medida que aprendemos más sobre cómo los virus funcionan a nivel molecular, su promesa como una herramienta médica, finalmente llegará a buen puerto. Hasta entonces, el software será la clave para enfocar nuestros ojos tecnológicos y equipos como el nuestro debe mantener la mejora de la misma. "
Esta obra fue financiada en parte por los Institutos Nacionales de Salud y la Fundación Robert Welch.
Jiang se asocia con Markey Centro de Purdue para biología estructural, que consiste en laboratorios que utilizan una combinación de crio-microscopía electrónica, cristalografía y biología molecular para elucidar los procesos de entrada viral, replicación y patogénesis.
Estructura del epsilon15 bacteriófago revela aparato organización del genoma y el ADN de envasado / inyección
Los componentes virales críticos para el envasado de ADN, reconocer y unirse a las células huésped, e inyectar el ADN condensado en el huésped se organizan en un solo vértice de muchos virus icosaédricas. Estas estructuras de componentes no comparten simetría icosaédrica y no se pueden resolver utilizando un método de promedio icosaédrica convencional. Aquí se presenta la estructura de todo el epsilon15 bacteriófago infecciosa Salmonella determinado a partir de una sola partícula crio-microscopía electrónica, sin promediar icosaédrica. Esta estructura muestra no sólo la cáscara icosaédrica de 60 hexámeros y 11 pentámeros, sino también los componentes no icosaédricas en un vértice pentamérica. Las densidades en este vértice se pueden identificar como el complejo portal 12 de la subunidad intercalado entre un núcleo cilíndrico interno y un hub externo se conecta a la cola de seis proyectar tailspikes triméricas. El genoma viral se embala como bobinas coaxiales en al menos tres capas exteriores con 90 nucleótidos terminales que se extienden a través del núcleo de proteína y el complejo de portal y preparada para inyección. La proteína cáscara de la reconstrucción icosaédrica en una resolución más alta exhibe un pliegue similar a la de otros virus de ADN de doble hebra incluyendo herpesvirus, lo que sugiere un ancestro común entre estas diversas virus. El enfoque de reconstrucción de la imagen debe ser aplicable a estudiar otras nanomáquinas biológicas con componentes de simetrías mixtos.
Experimento de Hershey y Chase
En 1952 Alfred Hershey y Martha Chase realizaron una serie de experimentos para confirmar que es el ADN la base del material genético (y no las proteínas), en lo que se denominó el experimento de Hershey y Chase. Si bien la existencia del ADN había sido conocida por los biólogos desde 1869, en aquella época se había supuesto que eran las proteínas las que portaban la información que determina la herencia. En 1944 mediante el experimento de Avery-MacLeod-McCarty se tuvo por primera vez algún indicio del rol que desempeña el ADN.
Hershey y Chase llevaron a cabo experimentos con el fago T2, un virus cuya estructura había sido recientemente investigada mediante microscopio electrónico. El fago consiste únicamente en una cubierta proteica o cápside que contiene su material genético, e infecta a una bacteria cuando se adhiere a su membrana externa, inyecta dicho material y le deja acoplado el cápside. Como consecuencia, el sistema genético de la bacteria reproduce el virus.
En un primer experimento, marcaron el ADN de los fagos con el isótopo radiactivo fósforo-32 (P-32). El ADN contiene fósforo, a diferencia de los 20 aminoácidos que forman las proteínas. Dejaron que los fagos del cultivo infectaran a las bacterias Escherichia coli y posteriormente retiraron las cubiertas proteicas de las células infectadas mediante una licuadora y una centrífuga. Hallaron que elindicador radiactivo era visible sólo en las células bacterianas, y no en las cubiertas proteicas.
En un segundo experimento, marcaron los fagos con el isótopo azufre-35 (S-35). Los aminoácidos cisteína y metionina contienen azufre, a diferencia del ARN. Tras la separación, se halló que el indicador estaba presente en las cubiertas proteicas, pero no en las bacterias infectadas, con lo que se confirmó que es el material genético lo que infecta a las bacterias (véase también "Experimento de Griffith").
Hershey y Chase encontraron que el S-35 queda fuera de la célula mientras que el P-32 se lo encontraba en el interior, indicando que el ADN era el soporte físico del material hereditario.
En 1952 Alfred Hershey y Martha Chase, pertenecientes al grupo de biólogos del Cold Spring Harbor Laboratory, estudiaron la genética de los bacteriófagos, un bacteriófago o fago, es un virus que específicamente ataca e infecta una bacteria .
Ellos conocían que un fago tenia una capa externa de proteína y un núcleo interno de AND,
El virus utiliza a la bacteria para reproducirse, de las observaciones con el microscopio electrónico, ellos conocían que durante la infección el virus ataca a la bacteria por sus colas, se pensaba que los genes eran introducidos en la bacteria anfitrión, los cuales eran dirigidos a las enzimas de la bacteria para replicar al virus.
El siguiente dibujo nos muestra en forma muy esquemática los pasos en la reproducción del virus dentro de la bacteria y su ruptura con la distribución de nuevos virus.
Lo que se trataba de determinar la causa de la transformación de la bacteria en una factoría de fagos, como lo sugería el trabajo de Avery, el ADN del fago era un principio transformador.
De análisis previos se conocía que el ADN contiene átomos de fósforo P pero no azufre S, por otro lado las proteínas del virus contenían átomos de azufre pero no átomos de fósforo.
Se utilizo átomos radiactivos de fósforo 32P y azufre 35S para marcar selectivamente el ADN y la proteína del virus y al realizar la experiencia se quería saber que componente entraba en la infección de la bacteria.
En dos experimentos paralelos, se combino a los virus marcados con los átomos radiactivos con las bacterias,
se espero un tiempo suficiente para que los virus infecten a las bacterias y a este sistema se lo sometió a una licuadora ( Waring blender).
A continuación se sometió a las muestras a una centrifugación para separar los fagos de las bacterias, las bacterias son más grande y más pesadas que los virus, las bacterias se recogieron al fondo del tubo de ensayo, mientras que los fagos se quedaron en suspensión.
Examinando luego las dos muestras se verifico, en la marcada como 35S los nuevos fagos provenientes de la bacteria infectada no contenían el azufre radiactivo, la cubierta del fago la cual esta echa de proteína no fue usada dentro de la bacteria para hacer un nuevo fago.
Al investigar la muestra marcada con fósforo radiactivo 32P, el mismo se encontraba en los nuevos fagos, por lo tanto el ADN del fago fue usado dentro de la bacteria para hacer nuevos virus.
La cubierta del fago entrega el ADN dentro de la bacteria y es el ADN solamente el que lleva las instrucciones para replicar a los fagos dentro de la bacteria, luego el ADN es el material genético.
No hay comentarios:
Publicar un comentario