Un equipo de científicos del Laboratorio Nacional del Pacífico Noroeste (PNNL) de EE.UU. está desentrañando los secretos de un sistema de mensajería molecular que va más allá del ADN y que influye de manera significativa en cómo los organismos se adaptan y reaccionan a su entorno. Este estudio, enmarcado dentro de la Iniciativa de Fenómica Predictiva, busca entender y controlar estos procesos que, aunque menos conocidos que la genética, son fundamentales para determinar las características de los seres vivos.
A menudo, la atención se centra en el ADN y los genes que codifica, pero la forma en que se activan y se regulan esos genes es un proceso complejo que depende de diversas acciones moleculares. Cada factor ambiental, ya sea el calor, el frío, el peligro, las amenazas patogénicas o la necesidad de alimento, activa una red de señales moleculares que definen cómo se manifiesta el código genético.
Modificaciones post-traduccionales: la clave de la flexibilidad biológica
Gran parte de esta comunicación ocurre a través de eventos moleculares denominados modificaciones post-traduccionales (PTMs). Estas son señales químicas rápidas que se envían a las proteínas, los verdaderos «trabajadores» moleculares que resultan del código genético. Estas modificaciones permiten que un organismo responda rápidamente a las condiciones cambiantes de su entorno, funcionando como un sistema de mensajería instantánea biológica que asegura su salud y supervivencia.
Según Tong Zhang, investigador principal, estas señales pueden marcar la diferencia entre la salud y la enfermedad, así como entre una producción microbiana eficiente o deficiente. Zhang está investigando su aplicación en la producción industrial de productos cotidianos y en la lucha contra virus.
Un solo tipo de proteína, aunque derivada de un único gen, puede ser modificada de múltiples maneras, lo que proporciona a los organismos una flexibilidad extraordinaria. Un pequeño cambio químico en una proteína puede alterar su función, frecuencia de actividad y su localización dentro de la célula, generando así millones de formas y funciones proteicas posibles. Este proceso permite a los organismos adaptarse a un entorno en constante cambio.
Zhang ha desarrollado nuevas metodologías para «escuchar» esta red de señalización, ahora identificando más de 600 tipos de modificaciones. Gracias a herramientas avanzadas de espectrometría de masas, es posible medir con gran precisión las modificaciones proteicas, que son extremadamente sutiles y difíciles de detectar. Esta técnica permite a los investigadores obtener información crucial sobre cómo se implementan las instrucciones genéticas en la práctica.
Los hallazgos recientes de Zhang y su equipo tienen implicaciones significativas en la bioproducción y la salud. En un artículo publicado en la revista Biotechnology for Biofuels and Bioproducts, el equipo ha explorado el uso de la levadura Rhodotorula toruloides, que se utiliza para producir sustancias oleoquímicas. A través de un proceso de limitación de nitrógeno, los investigadores han identificado cambios en las modificaciones redox y de fosforilación, lo que representa un avance en la comprensión de cómo optimizar la producción de compuestos útiles en la industria.
Además, el equipo ha investigado cómo estas modificaciones afectan la respuesta del cuerpo humano a infecciones virales. Las PTMs podrían desempeñar un papel crucial en la regulación de la replicación viral y en la activación de células inmunitarias. Zhang destaca que, aunque existen algunos medicamentos antivirales que actúan a través de estos mecanismos, se conoce poco sobre su funcionamiento exacto, lo que abre la puerta a futuras investigaciones que podrían llevar al desarrollo de nuevos tratamientos.
