La biología moderna asombra con la singularidad y la escala de sus descubrimientos. Hoy, esta ciencia estudia la mayoría de los procesos que están ocultos a nuestros ojos. Esto es notable para la biología molecular, una de las áreas prometedoras que ayuda a desentrañar los misterios más complejos de la materia viva.
¿Qué es la transcripción inversa?
La transcripción inversa (RT para abreviar) es un proceso específico característico de la mayoría de los virus de ARN. Su característica principal es la síntesis de una molécula de ADN de doble cadena a partir del ARN mensajero.
OT no es característico de las bacterias ni de los organismos eucariotas. La enzima principal, la reversa, juega un papel clave en la síntesis del ADN de doble cadena.
Historial de descubrimientos
La idea de que una molécula de ácido ribonucleico podría convertirse en una plantilla para la síntesis de ADN se consideró absurda hasta la década de 1970. Luego, B altimore y Temin, trabajando por separado, descubrieron casi simultáneamente una nueva enzima. Lo llamaron polimerasa de ADN dependiente de ARN o transcriptasa inversa.
El descubrimiento de esta enzima confirmó incondicionalmente la existencia de organismoscapaz de transcripción inversa. Ambos científicos recibieron el Premio Nobel en 1975. Después de un tiempo, Engelhardt propuso un nombre alternativo para la transcriptasa inversa: revertasa.
Por qué el AT contradice el dogma central de la biología molecular
El Dogma Central es el concepto de síntesis secuencial de proteínas en cualquier célula viva. Dicho esquema se construye a partir de tres componentes: ADN, ARN y proteína.
Según el dogma central, el ARN se puede sintetizar exclusivamente en la plantilla de ADN, y solo entonces el ARN participa en la construcción de la estructura primaria de la proteína.
Este dogma fue aceptado oficialmente en la comunidad científica antes del descubrimiento de la transcripción inversa. No en vano, la idea de la síntesis inversa de ADN a partir de ARN ha sido rechazada durante mucho tiempo por los científicos. Solo en 1970, junto con el descubrimiento de la reversa, se puso fin a este problema, lo que se reflejó en el concepto de síntesis de proteínas.
Revertasa de retrovirus aviares
El proceso de transcripción inversa no está completo sin la participación de la ADN polimerasa dependiente de ARN. La revertasa del retrovirus aviar se ha estudiado al máximo hasta la fecha.
Solo se pueden encontrar alrededor de 40 moléculas de esta proteína en un virión de esta familia de virus. La proteína consta de dos subunidades que están en igual número y realizan tres funciones importantes de la reversa:
1) Síntesis de una molécula de ADN tanto en un molde de ARN monocatenario/bicatenario como en base a ácidos desoxirribonucleicos.
2) Activación de la RNasa H, cuya función principal esescisión de la molécula de ARN en el complejo ARN-ADN.
3) Destrucción de secciones de moléculas de ADN para su inserción en el genoma eucariótico.
Mecanismo OT
Los pasos de la transcripción inversa pueden variar según la familia de virus, es decir, del tipo de sus ácidos nucleicos.
Primero consideremos los virus que usan la reversa. Aquí el proceso de OT se divide en 3 pasos:
1) Síntesis de la cadena de ARN “-” en la plantilla “+” de la cadena de ARN.
2) Destrucción de la hebra "+" de ARN en el complejo ARN-ADN utilizando la enzima RNasa H.
3) Síntesis de una molécula de ADN de doble cadena en la plantilla "-" de la cadena de ARN.
Este método de reproducción de viriones es típico de algunos virus oncogénicos y del virus de la inmunodeficiencia humana (VIH).
Vale la pena señalar que para la síntesis de cualquier ácido nucleico en una plantilla de ARN, se necesita una semilla o cebador. Un cebador es una secuencia corta de nucleótidos que es complementaria al extremo 3' de una molécula de ARN (plantilla) y juega un papel importante en el inicio de la síntesis.
Cuando las moléculas de ADN de doble cadena listas para usar de origen viral se integran en el genoma eucariótico, comienza el mecanismo habitual de síntesis de proteínas del virión. Como resultado, la célula “capturada” por el virus se convierte en una fábrica de producción de viriones, donde se forman en grandes cantidades las proteínas y las moléculas de ARN necesarias.
Otra forma de transcripción inversa se basa en la acción de la ARN sintetasa. Esta proteína es activa en paramixovirus, rabdovirus, picornovirus. En este caso, no hay una tercera etapa de OT - la formaciónADN de doble cadena y, en su lugar, se sintetiza una cadena de ARN "+" en la plantilla de la cadena de ARN viral "-" y viceversa.
La repetición de tales ciclos conduce tanto a la replicación del genoma del virus como a la formación de ARNm capaz de sintetizar proteínas en las condiciones de una célula eucariota infectada.
Importancia biológica de la transcripción inversa
El proceso OT es de suma importancia en el ciclo de vida de muchos virus (principalmente retrovirus como el VIH). El ARN de un virión que atacó a una célula eucariota se convierte en molde para la síntesis de la primera hebra de ADN, sobre la que no es difícil completar la segunda hebra.
El ADN de doble cadena obtenido del virus se integra en el genoma eucariótico, lo que conduce a la activación de los procesos de síntesis de proteínas del virión y la aparición de un gran número de sus copias dentro de la célula infectada. Esta es la misión principal de Revertase y OT en general para el virus.
La transcripción inversa también puede ocurrir en eucariotas en el contexto de los retrotransposones, elementos genéticos móviles que pueden transportarse de forma independiente de una parte del genoma a otra. Dichos elementos, según los científicos, causaron la evolución de los organismos vivos.
El retrotransposón es un tramo de ADN eucariótico que codifica varias proteínas. Uno de ellos, la reversatasa, está directamente implicado en la deslocalización de dicho retrotransporozono.
Uso del TO en la ciencia
Desde el momento en que se aisló la reversatasa en su forma pura, los biólogos adoptaron el proceso de transcripción inversa. El estudio del mecanismo OT todavía ayuda a leer las secuencias de las proteínas humanas más importantes.
El hecho es que el genoma de los eucariotas, incluidos nosotros, contiene regiones no informativas llamadas intrones. Cuando se lee una secuencia de nucleótidos de dicho ADN y se forma un ARN monocatenario, este último pierde intrones y codifica exclusivamente para proteínas. Si el ADN se sintetiza usando reversatasa en una plantilla de ARN, entonces es fácil secuenciarlo y averiguar el orden de los nucleótidos.
El ácido nucleico que ha sido formado por la transcriptasa inversa se llama ADNc. A menudo se usa en la reacción en cadena de la polimerasa (PCR) para aumentar artificialmente el número de copias de la copia de ADNc resultante. Este método se usa no solo en ciencia, sino también en medicina: los asistentes de laboratorio determinan la similitud de dicho ADN con los genomas de varias bacterias o virus de una biblioteca común. La síntesis de vectores y su introducción en bacterias es una de las áreas prometedoras de la biología. Si la RT se usa para formar el ADN de humanos y otros organismos sin intrones, tales moléculas pueden introducirse fácilmente en el genoma bacteriano. Entonces estos últimos se convierten en fábricas para la producción de sustancias necesarias para una persona (por ejemplo, enzimas).
