Investigadores del Centro de Regulación Genómica (CRG) en Barcelona, ??España, han descubierto estructuras previamente desconocidas de ADN dentro de bacterias extremadamente pequeñas, publicando sus hallazgos en la revista Nature Communications. Estas mismas estructuras también se encuentran en todas las células más grandes, lo que sugiere que este tipo de organización es una característica  universal de los organismos vivos.

 

En colaboración con científicos de España, Japón y Australia, los investigadores dirigidos por Luis Serrano, líder del laboratorio de Diseño de Sistemas Biológicos del Centro de Regulación Genómica, centraron su atención en la organización del ADN dentro de un organismo con un genoma extremadamente pequeño, Mycoplasma pneumoniae. Su cromosoma circular es cinco veces más pequeño que el de las bacterias más grandes.

 

Utilizando una técnica llamada Hi-C, que revela las interacciones entre diferentes partes de ADN, los investigadores crearon un "mapa" tridimensional del cromosoma de Mycoplasma. A continuación, utilizaron microscopía de gran resolución para demostrar que este mapa generado por ordenador coincidía con la organización de los cromosomas de la vida real dentro de las células bacterianas.

 

En particular, el equipo de CRG descubrió que el cromosoma circular de Mycoplasma está organizado de manera uniforme en todas las células, con una región llamada Origen (donde empieza la replicación del ADN) en un extremo de la estructura y el punto medio del cromosoma situado en el extremo opuesto. Este es un arreglo similar al observado en algunas otras especies bacterianas más grandes.

 

Los científicos también utilizaron la técnica de Hi-C para estudiar patrones de organización más detallados dentro del genoma de Mycoplasma. En los últimos años, los científicos de todo el mundo han investigado la organización de los cromosomas dentro de las células de las especies que van desde las bacterias más grandes a humanos.

La secuenciación de nueva generación ha permitido a los científicos 'leer' la secuencia de ADN de cualquier genoma, pero esto no revela cómo se maneja y organiza la información genética en el ambiente biológico dentro de una célula.

Ahora, nuevas herramientas han revelado estructuras organizativas complejas dentro de los genomas de organismos más grandes, con ciertas regiones de cromosomas agrupadas para formar dominios que contienen genes que se activan o desactivan juntos.

Sin embargo, se pensó que estos dominios no se encontrarían en Mycoplasma, porque su genoma es  pequeño y sólo hace alrededor de 20 proteínas de unión de ADN diferentes responsables de organizar el cromosoma, en comparación con los cientos de otras especies bacterianas.

 

Curiosamente, el equipo de CRG encontró que incluso el pequeño cromosoma Mycoplasma está organizado en distintos dominios estructurales, cada uno de los cuales contiene genes que también se activan o se desactivan de una manera coordinada.

Marie Trussart, autor principal del artículo, dijo: "Estudiar bacterias con un genoma tan pequeño fue un gran reto técnico, sobre todo porque estábamos usando microscopía super-resolución, y nos llevó cinco años completar el proyecto. Habíamos sospechado que el genoma de Mycoplasma podría tener una organización global similar a otras bacterias, pero nos sorprendió completamente descubrir que también estaba organizado en dominios, que pueden ser considerados como unidades reguladoras de la organización de la cromatina. Esta investigación muestra que la organización y el control de los genes no puede ser entendido por sólo mirar la secuencia lineal de ADN en el genoma. De hecho, para obtener la imagen completa de la regulación génica,  necesitamos mirar la organización tridimensional de la cromatina que también coordina la actividad génica ".

El equipo CRG al describir la estructura 3D del genoma en minúsculas bacterias, contribuyen a la comprensión de su organización y regulación genética, que a través de la ingeniería genética y la biotecnología pueden ser útiles para aplicaciones médicas e industriales.