Los virus como maestros constructores de proteínas complejas
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Investigadores de la Universidad Técnica de Darmstadt y de la Universidad de Bonn-Rhein-Sieg, en colaboración con socios internacionales, han descubierto un gen que codifica un canal de potasio en tándem en un virus de las algas. El descubrimiento respalda la hipótesis de que los virus gigantes han desempeñado un papel significativo en la evolución de proteínas complejas. Los resultados se han publicado en la revista *Proceedings of the National Academy of Sciences* (PNAS).
El Dr. Oliver Rauh realizando mediciones electrofisiológicas en el laboratorio de Rheinbach.
Eric Lichtenscheidt/H-BRS
La reciente concesión del Premio Nobel de Medicina ha demostrado que incluso fenómenos que a primera vista parecen insignificantes encierran el potencial para importantes descubrimientos científicos y avances técnicos: los investigadores galardonados trataban de comprender cómo las algas verdes son capaces de orientarse hacia la luz en un espacio de tiempo muy breve. En el proceso, descubrieron una clase de canales iónicos hasta entonces desconocidos que están controlados directamente por la luz, sentando así las bases de la optogenética, que ahora permite a investigadores de todo el mundo desentrañar la complejidad del cerebro. Los canales iónicos son proteínas incrustadas en membranas biológicas que permiten el paso de partículas con carga eléctrica (iones).
En un artículo publicado recientemente en PNAS, un equipo internacional —que incluye a investigadores del Departamento de Biología de la Universidad Técnica de Darmstadt y del Departamento de Ciencias Naturales de la Universidad de Bonn-Rhein-Sieg— informa de que no solo las algas verdes, sino también los virus que infectan a estas algas, pueden ser una fuente de proteínas interesantes. Mientras investigaban el genoma de un mimivirus gigante que infecta a las algas verdes marinas de la especie Pyramimonas orientalis, los científicos descubrieron un gen que proporciona el plano para lo que se conoce como «canal de potasio en tándem».
Una subunidad del canal de potasio en tándem recién descubierto, en el que dos dominios proteicos formadores de poros están directamente unidos entre sí. Dos de estas subunidades forman el canal iónico funcional. Ilustración: Dr. Oliver Rauh
Los canales de potasio en tándem cumplen una función importante en la fisiología humana
Los canales de potasio en tándem son un tipo de canal iónico. Los canales iónicos desempeñan un papel vital en una amplia gama de funciones celulares y corporales, entre las que se incluyen, entre otras, el mantenimiento del equilibrio salino e hídrico, la percepción del calor y del dolor, y la generación de potenciales de acción en las células nerviosas. Gracias a la capacidad de los canales de potasio en tándem para conducir iones de potasio (K+) a través de las membranas celulares, desempeñan funciones importantes en la fisiología humana. Por ejemplo, estabilizan el potencial eléctrico de membrana y, por lo tanto, regulan la excitabilidad eléctrica de las células nerviosas.
En cuanto a su estructura, los canales de potasio en tándem presentan una característica distintiva en comparación con todos los demás canales de potasio: mientras que los canales de potasio suelen estar formados por cuatro subunidades idénticas que, juntas, forman el poro permeable al K+, en el caso de los canales de potasio en tándem, dos de las cuatro subunidades formadoras del poro están unidas directamente entre sí. Su nombre se deriva de esta disposición en tándem de las subunidades.
El Dr. Oliver Rauh realizando mediciones electrofisiológicas en el laboratorio de Rheinbach. Foto: Eric Lichtenscheidt/H-BRS
Los investigadores del H-BRS produjeron la proteína en un tubo de ensayo
A diferencia de todos los demás tipos de canales de potasio, no existen precursores bacterianos para los canales de potasio en tándem, lo que ha suscitado dudas en el pasado sobre su origen evolutivo. Para investigar la función del canal en tándem recién descubierto, el Dr. Oliver Rauh y Jonas Toews, del H-BRS, produjeron la proteína en un tubo de ensayo y la incorporaron a membranas lipídicas artificiales. Esto les permitió estudiar las propiedades del canal iónico —más concretamente, el flujo de iones a través del poro del canal— mediante mediciones eléctricas. «Nuestros experimentos demuestran que este gen codifica una proteína con las propiedades funcionales de un canal de potasio», informa el Dr. Oliver Rauh, que trabaja como investigador en la red de investigación de la DFG “CytoTransport” en el H-BRS.
Un descubrimiento sorprendente: el gen parece ser de origen viral
Los autores del estudio también investigaron las relaciones filogenéticas entre el canal viral recién descubierto y los canales de potasio en tándem ya conocidos, y al hacerlo hicieron un descubrimiento sorprendente: contrariamente a lo que se suele suponer para la mayoría de los genes virales, el gen del canal de potasio recién descubierto no llegó al genoma viral tras haber sido «robado» del genoma del huésped. Más bien, el gen parece ser de origen viral. «Este hallazgo subraya una vez más una nueva perspectiva, según la cual los virus gigantes Mimi, a los que pertenece el virus en cuestión, han desempeñado un papel central en la evolución de las proteínas en los organismos superiores», destaca el profesor Gerhard Thiel, del departamento de Biología de la Universidad Técnica de Darmstadt.
Los resultados del estudio también ponen de relieve que estos virus son fuentes ricas en proteínas de gran interés. Por ejemplo, otros investigadores ya han descubierto en el mismo virus un canal iónico controlado por la luz que, al igual que los canales iónicos derivados de las algas verdes, se utiliza para aplicaciones optogenéticas.
Las proteínas de origen viral, como el canal de potasio en tándem recién descubierto, suelen tener además una estructura significativamente más simple y, por lo tanto, son versiones más pequeñas de sus homólogas eucariotas. Según los autores, esta estructura minimalista hace que las proteínas virales sean especialmente adecuadas como bloques de construcción para el diseño específico de proteínas con propiedades totalmente nuevas.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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