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Determinan la primera estructura tridimensional del genoma completo de una bacteria

Un equipo de investigadores de la Universidad de Massachussetts Medical School, de Harvard Medical School, de la Universidad de Standford y del Centro de Investigación Príncipe Felipe (CIPF) de Valencia han descifrado la estructura tridimensional del cromosoma de la bacteria 'Caulobacter crescentus'.
El análisis de la estructura resultante --publicado en Molecular Cell-- ha revelado nuevas pruebas sobre la función de las secuencias genéticas responsables de su arquitectura, según han informado fuentes del equipo de investigación en un comunicado.
Hasta el momento, los científicos conocían que la arquitectura de los genomas juega un papel relevante en cómo se regulan genéticamente la células. Por lo tanto, el conocimiento de la arquitectura de un genoma puede ser utilizado tanto para interpretar como para predecir funciones genéticas y celulares. Sin embargo hasta el momento, las limitaciones técnicas hacían imposible el estudio estructural de genomas enteros.
En el trabajo presentado esta semana, los investigadores han sido capaces de construir el primer modelo tridimensional de un genoma entero de bacteria. El análisis de las estructuras resultantes desvela la localización tridimensional del sitio genómico llamado parS y la definición del mismo como el principal regulador de la arquitectura del cromosoma de 'Caulobacter crescentus'.
Mark Umbarger, de la Universidad de Harvard y coprimer autor del artículo, ha indicado que al inicio del proyecto, las tecnologías existentes resultaban "insatisfactorias" para conocer qué elementos regulan la arquitectura del genoma de 'Caulobacter crescentus', por lo que decidieron "desarrollar nuevas técnicas que integraran experimentos y computación".
Los métodos resultantes permiten estudiar la arquitectura de genomas enteros a través de la combinación de técnicas que incluyen la detección de interacción de cromatina, la modelación computacional y la microscopía de fluorescencia.
Los investigadores utilizaron la tecnología 5C para mapear más de 28.700 puntos de contacto en el genoma de la bacteria 'Caulobacter crescentus' y emplearon estos puntos para hacer aproximaciones acerca de la distancia espacial en el cromosoma plegado de la bacteria.
Conectados a un modelo computacional, estos puntos revelaron la estructura del cromosoma de la bacteria, que presentaba una forma elipsoidal con brazos dispuestos helicoidalmente en ambos lados.
El doctor y biólógo computacional A. Marti-Renom, que lidera el Laboratorio de Genómica Estructural del Centro de Investigación Príncipe Felipe, ha indicado que este trabajo "demuestra que los métodos híbridos que combinan mapas 5C con computación están produciendo modelos tridimensionales de genomas completos a una resolución sin precedentes, que por primera vez permiten precisar los elementos reguladores responsables de organizar la arquitectura de un genoma".
De hecho, los modelos tridimensionales del genoma del 'Caulobacter crescentus', confirmados con microscopía de fluorescencia, ilustran que la secuencia parS, situada en el extremo de un brazo del cromosoma, podría servir como ancla y ser instrumental en la definición de la estructura del genoma.
BACTERIA MUTANTE
Para comprobar qué papel juega la ubicación de parS en la organización tridimensional de la estructura del cromosoma, el equipo de investigadores desarrolló una bacteria mutante en la que la secuencia parS había cambiado su posición normal.
Construyendo modelos de la forma de esta bacteria transgénica, los científicos observaron un cambio en la estructura del genoma, de manera que ésta había rotado en el sentido de las agujas del reloj. Modificando la posición de parS, la arquitectura del cromosoma volvía a cambiar reposicionando estas ubicaciones hacia los polos de la célula.
Estos resultados sugieren que la localización de parS en la bacteria 'Caulobacter crescentus' determina la orientación y la estructura global del genoma entero y actúa como el único elemento de la secuencia que establece anclaje del cromosoma a la célula.
La posibilidad de realizar estudios de la estructura funcional en los cromosomas tiene el potencial de revelar nuevos datos sobre el genoma.